faculty wydziaŁ of production inŻynierii engineering

181
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI WSPÓŁCZESNE ASPEKTY INŻYNIERII PRODUKCJI XX MIĘDZYNARODOWA KONFERENCJA NAUKOWA STUDENTÓW CONTEMPORARY ASPECTS OF PRODUCTION ENGINEERING XX INTERNATIONAL STUDENTS SCIENTIFIC CONFERENCE Warsaw University of Life Sciences FACULTY OF PRODUCTION ENGINEERING Warszawa, 25 maja 2011r.

Upload: others

Post on 04-Oct-2021

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING

Szkoła Głoacutewna

Gospodarstwa

Wiejskiego

w Warszawie

WYDZIAŁ

INŻYNIERII

PRODUKCJI

WSPOacuteŁCZESNE ASPEKTY

INŻYNIERII PRODUKCJI

XX MIĘDZYNARODOWA

KONFERENCJA

NAUKOWA STUDENTOacuteW

CONTEMPORARY ASPECTS

OF PRODUCTION ENGINEERING

XX INTERNATIONAL STUDENTS SCIENTIFIC

CONFERENCE

Warsaw University

of Life Sciences

FACULTY

OF PRODUCTION

ENGINEERING

Warszawa 25 maja 2011r

Dzień Wydziału Inżynierii Produkcji 2011 XX Międzynarodowa Konferencja Naukowa Studentoacutew bdquoWspoacutełczesne aspekty inżynierii produkcjirdquo

PATRONAT HONOROWY

Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi Marek Sawicki

Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego Prof dr hab Barbara Kudrycka

JM Rektor Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Prof dr hab Alojzy Szymański

Komitet Organizacyjny Dr inż Szymon Głowacki Weronika Bazylak Rafał Baleja Bartosz Romanowicz

Opracowanie Dr inż Szymon Głowacki inż Klaudia Kurzawska inż Michał Grigalis Materiały wydane na prawach rękopisu

PATRONAT MEDIALNY

PARTNERZY

9

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Brzezina Natalia 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Evrenosoğlu Mehmet 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Kovalyshyn Oleh 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr 181

10

Spis treści

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Application of method Poka Yoke in quality control 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew Methods of protection against diseases of cereals with particular emphasis on the use of biostimulators 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode material 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the tracking plane in years 2006 ndash 2010 49

Brzezina Natalia 60

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym 88

11

Evrenosoğlu Mehmet 94

Mathematical modelling in silage mechanization 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat industry waste material 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill 116

Oleh Kovalyshyn 120

Using cloud computing technology in education process 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim 162

12

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel 173

Zholobko Volodymyr Oleksandr Lys 181

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines 181

15

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek

Slovak University of AgricultureFaculty of Engineering Department of Quality and Engineering Technologies Nitra(Slovak Republic)

Application of method Poka Yoke in quality control

SUMMARY

A study focuses on application of Japanese method Poka Yoke (PY) - mistake proof ing in organization Faurecia Ltd located in Lozorno The method is applied in several manufacturing processes and so quality control is ensured at 100 Using Poka Yoke with other corresponding methods and procedures of quality control and process improvement is useful for organizations which try to reach Zero Quality Control (ZQC) The aim is to reach the highest quality level at lowest expenses therefore it is necessary to plan and implement the method PY where it is not only effective but efficient The study includes steps and procedures which are parts of application Poka Yoke and points out evaluation of systemsrsquo reliability and their levels

Key words Poka Yoke Zero Quality Control process quality improvement

INTRODUCTION

First application of method Poka Yoke to practice happened in 1960 by Japanese engineer Shigeo Shingo in organization Toyota He tried to improve a process quality and prevent processes from non-conformities Poka Yoke is designed for systematic prevention from defaults and following non-conformities Basic principle of system PY is to register non-conformity announce it to operator by signalization and if necessary to stop the manufacturing process Modification of a product fixture device and other equipment which is considered in business plan allow using those principles If the system PY is function it indicates 100 control

Poka Yoke is one of approaches of process quality management and control besides statistical quality control and final product control Method PY represents generally the elimination of human factors (mistakes) at process quality

The object of study is to introduce the usage of method Poka Yoke at manufacturing of automobile seats in organization Faurecia Ltd (fig 1) It defines steps that are needed for effective function of system Poka Yoke with its requirements regulations and other appropriate documents

16

Fig 1 Parts of automobile seat

METHODOLOGY

METHOD POKA YOKE

Application of method Poka Yoke (design implementation development of system Poka Yoke and its equipment) and also calculation of expenses according to similar final products must be included in business plan All documentation must clearly define dimensional and functional requirements on individual parts according to safety and legal requirements of a customer (VW Ford Audi etc) In case of safetyregulation characteristics legal requirements or product characteristics which effect assembly suppliers define Poka Yoke at product and process design so the 100 conformity to customerrsquos requirements is ensured

Then Poka Yoke are defined in FMEA and control plan Following instructions procedures and directions for correct application of Poka Yoke in operation are performed Verifying phase of their function in manufacturing process is done at last

Fig 2 Documentation with PY indication for process

Reference number Poka Yoke description control method and backup method (in case of system failure) must be defined and classified for every

17

single Poka Yoke Every process using Poka Yoke must be defined by relevant marking in advance including marking in all documents of processes

Documents with Poka Yoke marks

Following documents which are related to using method Poka Yoke (fig 2)

drawings

control plan and FMEA

block schema

instruction of serial production release (O K 1st part) - working instruction

records for register

Application of PY in processes

Organization Faurecia Ltd has implemented method Poka Yoke particularly into processes with safetyregulation characteristics (tab 1) Safetyregulation characteristics are groups of processes which with their quality level effect product safety within its usage (can cause life injuries and harm to human health) Therefore the 100 quality within those processes is necessary to ensure and sustain

Safetyregulation characteristics within seatsrsquo manufacturing for automobiles are following

process of screwing of seatrsquos parts

process of riveting of parts

Poka Yoke is also used for scanning of input parts so the 100 conformity to a customer order in organization

Tab 1 Defined nonconformities in processes with PY

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Screwing Riveting

The most frequent non-conformities

Incorrect torque Incorrect force of hydraulic riveting

Missing screw Tear off the rivets

Double screwing

RECEIVING INSPECTION

Scanning input parts

Missing parts

18

Confusion of parts

Safetyregulation characteristics must be under the 100 quality control which is achieved by using method Poka Yoke and by definition of backup method in case of system failure

VERIFICATION PHASE

Release of serial production

Usage of Poka Yoke within individual process must be validated before release of serial production All methods of PY must be approved and operators must be trained

OK 1st part

At the beginning of each shift the 100 Poka Yoke system control must be verified Operator is obligated to simulate all non-conformities of manufacturing process at the beginning of each shift after system modification and after elimination of Poka Yoka failure So function of Poka Yoke is verified and controlled Data of failures simulated in process are registered automatically due to control flashback in form of electronic records

When verification phase is confirmed and Poka Yoke in function the process is marked by relevant label on the visible location

Poka Yoke need to be prevented from usage in case of incorrect system function and defined backup (manual) process procedures (tab 2) need to be applied until a problem solving (max 24 hours) If the backup method is needed management of organization must be informed about it Work station in workplace is marked by relevant label which visibly shows incorrect function of PY

Backup method

a) 100 manual control

b) 100 visual marking of controlled feature

c) manual records of products which are manufactured by backup method

Tab 2 Alternate procedure for Poka Yoke processes

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Backup method

Screwing Riveting

Use emergency electric screwdriver

Place substitute riveting pistol

19

Mark screws which are not under control of PY for torque control

Mark all rivets with permanent marker

Fill in dispatch note with product data

Fill in dispatch note of seat

Backup methods are defined only for safetyregulation characteristics If there is noted any problem with scanning input parts by Poka Yoke operator is obligated to control marking of parts personally and to realize selection according to marking of parts in order

CALIBRATION AUDITS

Calibration of system Poka Yoke proceeds as following

external calibration ndash once per 18 months

internal calibration ndash once a month

Audits of system Poka Yoke (according to plan of audits) are proceeded as following

external audits ndash once a year

internal audits ndash once a year

suppliersrsquo audits ndash (in supplier who has implemented Poka Yoke for safetyregulation characteristics in drawings) min once per 2 years

All records about PY (methods and other documents) must be archived at the minimum of 15 years Recorded reports of data are the object of internal audit at the minimum once a year

DISCUSSION

Shigeo Shingo (1988) said that system of Zero Quality Control equipment and techniques of Poka Yoke ensured the 100 control Poka Yoke guaranteed that non-conformity with its known cause there was not any more presented in process

Usage of method Shingo (1988) characterized by 3 basic features sophistication simplicity and relative economic allowance

Other methods and tools (statistic control final control) serve for monitoring process or for detection of non-conformity productprocess The aim of each organization is not only detection of non-conformity but previous elimination of mistakefailure that leads to this non-conformity

Organization Suzuki located in Rome saved 400 000 $ a year and decreased non-conformities from 24000 to 2400 per million produced parts by application of method Poka Yoke in installation process of protection of automobile drive unit (Connor G 2006)

20

Organization DCM Toyota Ltd manufacturer of trucks located in Surajpur in northern India used the method Poka Yoke within screwing process control Prevention from forgetfulness of their operators within the process of screwing critical screws on vehicle was assured by following approach screwdrivers were dipped in noticeable colour so the colour was transfer on every screw which was done manually This signal served for warning an operator that there was missing screw or incorrect torque (Robinson A - Shingo S 1990)

The 100 process quality control elimination of all possibilities which lead to non-conformities at processing are possible to ensure by application of method Poka Yoke in process In some cases we can meet with incorrect designs of PY or system failures Therefore it is necessary to control system Poka Yoke periodically to calibrate and keep auditing from side of a manufacturer and a customer

CONCLUSION

Every process is necessary to define potential non-conformities and causes which lead to them needs to be identified and the quality has to be evaluated and monitored for effective usage of method Poka Yoke Organization Faurecia Ltd uses philosophy Just In Time and so the usage of Poka Yoke is very suitable Philosophy Just In Time focuses on the 100 quality conformance Quality is inseparable from manufacturing process in the organization Poka Yoke reaches required quality level and includes many supportive methods which with their right combination and harmony allow controlling process as the most efficient

REFERENCES

1 Connor G 2006 Poka-Yoke Human-Proof Your Process In Industrial

Maintenance amp Plant Operation vol 67 2006 no 6 p 12 - 14

2 Internal documents and regulations 2011 Lozorno Faurecia

Ltd 2011

3 ROBINSON A - SHINGO S 1990 Modern approaches to

manufacturing improvement Cambridge Productivity Press 1990

399 p ISBN 0-915299-64-X

4 Shingo S 1988 Poka Yoke Improving product quality by preventing

defects USA Productivity Press 1988 282 p ISBN 0-915299-31-3

In chapter were used researches results within the frameworks of statutory researches VEGA 1057609 (2009-2011) ndash bdquoThe quality improvement of agricultural machines and production systemsldquo

21

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Studenckie Koło Naukowe Fitopatologoacutew Skosikrdquo

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew

Methods of protection against diseases of cereals with particularemphasis on the use of biostimulators

ABSTRACT

The introduction of integrated crop production including the integrated production of cereals after 2014 brings with it the need to use non chemical methods of plant protection especially methods of agrotechnical and breeding Therefore the withdrawal of many chemical preparations selection of adequate plant protection gives the farmer a lot of problems The new group of agents used in the modern technology of field crops occupy biostimulators Biostimulators influence the course of life processes in plants support the natural defense mechanisms and indirectly also influence the development of pathogen reduction The most commonly used among commercially available biostimulators by Polish producers is the preparation of Asahi SL It contains in its composition of phenolic compounds (ortho- and para-nitrofenolan sodium and 5-nitrogujakolan sodium) which increased synthesis occurs naturally in plant cells during stress conditions for them

The aim of the experiment was to determine the effect of biostimulator

Asahi SL on the growth of some species of fungi

Isolates of Fusarium fungi were used in the study The experiment was conducted at 22 deg C in triplicate and four variants of concentration of the preparation Petri dishes were placed on the medium containing 7-days-grown mycelium with a diameter of 4 mm Observations and measurements of the diameter of the mycelium were performed after 7 and 14 days of incubation The obtained results were subject to analysis of variance (ANOVA) using standard statistical methods Means were compared using Fisherrsquos least significant difference (LSD) test at 001

The results of the experiment show that the fungi used in the study have varied the in their growth rate and respond differently to different concentrations of the biostimulator in the medium

Sowa kluczowe biostymulatory ochrona

22

WSTĘP

Wprowadzenie integrowanej produkcji roślinnej w tym także integrowanej produkcji zboacuteż po 2014 roku niesie za sobą konieczność wykorzystania w ochronie roślin metod nie chemicznych zwłaszcza metody agrotechnicznej i hodowlanej W związku z wycofaniem wielu preparatoacutew chemicznych doboacuter odpowiedniego środka ochrony roślin stwarza rolnikowi wiele problemoacutew Nową grupę preparatoacutew stosowanych w nowoczesnej technologii upraw polowych zajmują biostymulatory [Kozak 2009] Biostymulatory wpływają na przebieg procesoacutew życiowych w roślinie wspomagają naturalne mechanizmy obronne a pośrednio wpływają także na ograniczenie rozwoju patogenoacutew [Michalski i in 2008] Spośroacuted dostępnych na rynku biostymulatoroacutew najczęściej stosowanym jest preparat Asahi SL Zawiera on w swoim składzie związki fenolowe (orto- i para-nitrofenolan sodu oraz 5-nitrogujakolan sodu) ktoacuterych nasilenie syntezy występuje naturalnie w komoacuterkach roślinnych podczas warunkoacutew dla nich stresowych Działanie preparatu polega na wspomaganiu roślin narażonych na czynniki stresowe takie jak złe warunki pogodowe siedliskowe oraz porażenie przez patogeny grzybicze Powoduje on min polepszenie wigoru roślin poprzez poprawienie turgoru komoacuterek oraz gospodarki hormonalnej [Ogoacuterek i Pusz 2011]

CEL BADAŃ

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie wpływu biostymulatora Asahi SL na wzrost wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju Fusarium

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Do badań wybrano izolaty grzyboacutew rodzaju Fusarium Izolaty Fusarium oxysporum wyizolowane zostały z pszenżyta natomiast pozostałe grzyby wyosobniono z podstawy łodygi rzepaku Pochodziły one z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Czyste kultury wybranych izolatoacutew uzyskano metodą kultur jednozarodnikowych Zarodniki przenoszono na zestaloną i zakwaszoną pożywkę PDA (Potato Dextrose Agar) frmy Biocorp

Doświadczenie wykonano w warunkach temperatury pokojowej (22 oC) w trzech powtoacuterzeniach oraz następujących wariantach stężeniowych preparatu 04 lha-1 (0133g preparatu na 100ml pożywki) 06 lha-1 (02g preparatu na 100ml pożywki - dawka zalecana dla Asahi SL) 10 lha-1 (033g preparatu na 100ml pożywki) oraz 00 lha-1 (kontrola) Na pożywce umieszczono krążek 7-niowej grzybni o średnicy 4 mm Obserwacje i pomiary średnicy grzybni wykonano po 7 i 14 dniach inkubacji

23

Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA) przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet Statistica 90rdquo) Średnie poroacutewnano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD) α 001

WYNIKI

Analiza wynikoacutew przeprowadzonego doświadczenia wykazała że biostymulator wpływa hamująco na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew Fusarium (tab 1 2) Na wykresach 1 i 2 przedstawiono oddziaływania poszczegoacutelnych dawek Asahi SL na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew

Po 7 dniowej inkubacji odnotowano że dawki Asahi SL wykazały działanie hamujące wzrost grzyboacutew wprost proporcjonalnie do ich stężenia dla obu izolatoacutew F oxysporum F culmorumorazpierwszego izolatu F poae Jednakże pod względem statystycznym wyniki te nie rożną się istotnie Izolat drugi F poae nie reagował na dawki preparatu zgodnie ze wzrostem jego stężenia W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab1)

Biostymulator Asahi SL po 14 dniach hamował wzrost prawie wszystkich izolatoacutew grzyboacutew wykorzystanych w doświadczeniu ale tylko niektoacutere oddziaływania były istotne statystyczne Pod względem statystycznym istotny były tylko wpływ preparatu na wzrost oba izolaty F oxysporum Podobnie jak po pierwszym okresie inkubacji wzrost izolatu drugiego F poae nie był hamowany W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni pod wpływem preparatu Asahi SL w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab 2)

24

Tabela 1Table 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

Tabela 2Table 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

dawka [lha

-1]

dose [lha

-1]

średni wzrost kolonii [mm] average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 410 a 380 a 580 a 672 bc 579 a 480 a

04 400 a 350 a 587 a 704 ab 556 a 499 a

06 378 ab 340 a 547 a 723 a 553 a 475 a

10 363 b 320 a 538 a 669 a 569 a 434 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

dawka [lha

-1]

dose

[lha-1

]

średni wzrost kolonii [mm]

average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 675 a 636 ab 793 a 840 a 850 a 850 a

04 645 ab 650 a 791 a 846 a 850 a 840 a

06 600 ab 575 bc 787 a 850 a 840 a 840 a

10 576 c 511 c 756 b 850 a 830 a 830 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

25

20

30

40

50

60

70

80

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 1Figure 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach

The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 2Figure 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

26

DYSKUSJA

Grzyby z rodzaju Fusarium są jedną z najważniejszych grup patogenoacutew roślin [Guarro i Geneacute 1995] Ponadto wydzielają one roacuteżne metabolity wtoacuterne min mikotoksyny ktoacutere stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia ludzi oraz zwierząt [Bai i Shaner 2004 Frandsen i in 2006] Wiele mikotoksyn jest niewrażliwych na obroacutebkę cieplną w wyniku czego są stabilne podczas standardowych procesoacutew przygotowywania żywności i pasz [Pokrzywa i in 2007]

Obecnie głoacutewnym sposobem walki z tymi patogenami jest metoda chemiczna Jednakże biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na produkty wytwarzane metodami ekologicznymi rolnicy zmuszeni są do szukania nowych środkoacutew walki z patogenami roślin Jednym z wyjść może być wprowadzenie preparatoacutew na bazie substancji nie szkodliwych dla środowiska [Panasiewicz i in 2008] Do preparatoacutew takich zalicza się min biostymulatory ktoacuterych zadaniem jest zmniejszenie negatywnego wpływu warunkoacutew siedliskowych na rośliny [Maciejewski i in 2007]

Biostymulatory nie są fungicydami ale w pewnym stopniu mogą chronić roślinny roacutewnież przed chorobami powodowanymi przez grzyby min poprzez zwiększenie ich naturalnej odporności Potwierdzają to badania Saniewskiej [2000] ktoacutera stwierdziła iż stosowanie preparatu Atonik SL (ta sama substancja aktywna jak w preparacie Asahi SL) wpływa korzystnie na zdrowotność roślin ozdobnych Podobne rezultaty uzyskali Pusz i Pląskowska [2008] stwierdzając pozytywny wpływ biostymulatora Asahi SL na porażenie łodyg rzepaku przez Sclerotinia sclerotiorum

W przeprowadzonym doświadczeniu po obu okresach inkubacji zauważono hamujący wpływ Asahi SL na wzrost większości grzyboacutew z rodzaju Fusarium użytych do badań Właściwości inhibicyjne preparatu w wielu przypadkach wzrastały wraz z jego stężeniem ale tylko po 14 dniowej inkubacji były istotne statystycznie dla obu izolatoacutew F oxysporum Podobne tendencje zauważył Ogoacuterek i in [2011] badając wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew z gatunku Fusarium oxysporum Stwierdzili oni że zaroacutewno po 7 jak i 14 dniowej inkubacji właściwości inhibicyjne Asahi SL utrzymywały podobne tendencje Inhibicyjne właściwości Asahi SL potwierdza roacutewnież doświadczenie Ogoacuterka i Pusz [2010] Badali oni wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew Fusarium spp oraz Alternaria alternata Rhizoctonia solani i Sclerotinia sclerotiorium Jednak stwierdzili oni że najsilniej hamowany jest wzrost izolatoacutew F oxysporum przez ten biostymulator

Należy podkreślić iż biostymulatory są preparatami wspomagającym rośliny w sytuacjach stresowych jednak nie zastąpią przeprowadzenia zabiegoacutew pielęgnacyjnych przed agrofagami w uprawach polowych jak i terenach zielonych

27

WNIOSKI

1 Preparat Asahi SL w zależności od zastosowanej dawki wpływa na

ograniczenie wzrostu grzyboacutew z rodzaju Fusarium

2 Właściwości inhibicyjne preparatu Asahi SL utrzymywały się

w obydwoacutech okresach badań

3 Biostymulator Asahi SL prawdopodobnie może być stosowany do

ograniczenia wzrostu wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju

Fusarium

LITERATURA

1 Bai GH Shaner G 2004 Management and resistance in wheat and

barley to Fusarium head blight Annual Review of Phytopathol (42)

135ndash161

2 Frandsen RJ Nielsen NJ Maolanon N Sorensen JC Olsson S

Nielsen J Giese H 2006 The biosynthetic pathway for aurofusarin in

Fusarium graminearum reveals a close link between the

naphthoquinones and naphthopyrones Mol Microbiol 61(4) 1069ndash

1080

3 Guarro J Geneacute J 1995 Opportunistic fusarial infections in humans

Eur J Clin Microbiol Infect Dis (14) 741ndash754

4 Kołaczyńska-Janicka M 2004 Wieś Jutra 2004 nr 3 s25-26

5 Kozak M 2009 Biostymulator dobry wyboacuter Agrotechnika 3 61-62

6 Maciejewski T Szukała J Jarosz A 2007 Influence of biostymulator

Asahi SL on qualitative tubes of potatoes J of Res and Apll in

Agricult Eng 52(3) 109ndash12

7 Michalski T Groszkiewicz-Janak J Bartos-Spychała M 2008

Skuteczność Asahi SL w ochronie mieszanki jęczmienia z pszenicą

w poroacutewnaniu do siewoacutew czystych Biostymulatory w nowoczesnej

uprawie Warszawa 7-8022008

8 Ogoacuterek R Łobczowski M Pusz W 2011 Wpływ biostymulatora Asahi

SL na wzrost wybranych szczepoacutew Fusarium oxysporum Schlecht

Zeszyty Problemowe Postępoacutew Nauk Rolniczych (w druku)

9 Ogoacuterek R Pusz W 2010 Możliwości wykorzystania biostymulatora

Asahi SL w ochronie roślin na terenach zurbanizowanych Monografia

28

Problemy ochrony roślin na terenach zurbanizowanychrdquo red E

Pląskowska 40ndash46

10 Panasiewicz K Sulewska H Koziara W 2008 Efficacy of biological

and chemical active compounds in protection of Triticum durum against

fungal diseases Journal of Research and Applications in Agricultural

Engineering 53(4) 30ndash32

11 Pokrzywa P Cieślik E Topolska K 2007 Ocena zawrtosci

mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych Żywność Nauka

Technologia Jakość 3(52) 139ndash146

12 Pusz W Pląskowska E 2008 Wpływ stosowania preparatu Asahi SL

na zdrowotność rzepaku ozimego Zesz Probl Post Nauk Rol 531

185-191

13 Saniewska A 2000 Wpływ preparatu Atonik SL na hamowanie

wzrostu i rozwoju niektoacuterych gatunkoacutew grzyboacutew chorobotwoacuterczych dla

roślin ozdobnych Zesz Nauk Inst Sadown i Kwiac 7 145-153

29

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant

ABSTRACT

The machining of austenitic chromium-nickel steel is difficult for several reasons This material is cold hardening and has low thermal conductivity The machining of these materials may cause sticking of the material to the tool which can cause instrument fracture and the loss of his cutting ability These facts put heavy demands on cutting tools One possibility to machine austenitic steels is their machining with tools of HSS and HSS-PM at cutting speeds in the range of 10mmin to 35mmin These tools are characterized by high toughness and sufficient hardness at lower temperatures In order to prevent loss of hardness of the tool at high cutting temperatures was used ionized air (ozone) as an organic process medium which is characterized by strong oxidizing effects and relatively high thermal conductivity The aim of partial experiments were performed to identify the impact of application of this gaseous medium for tool resistance and cutting parameters influence changes in quality of machined surface Article was a direct support of the Ministry of Education to tackle the grant project VEGA no 1088510

Key words ozone austenitic steel HSS the roughness of finished surface wear

USED MATERIAL

Corrosion- resistant austenitic steels due to their increased resistance to corrosion used in larger quantities than ferritic and martensitic corrosion- resistant steel[9]

The most commonly used types of austenitic corrosion-resistant steel is steel with the designation of 14301 (17 to 195 Cr 8 to 105 Ni 007gt C) [9]

Usually these steels are supplied in the soft annealed condition and annealed to soft and cold drawing condition This material is characterized by large strain hardening of cold low thermal conductivity and greater susceptibility to sticking to the cutting tool Machinability is thus very complex In general these steel is difficult machinable than steel alloy

30

The reason of cold hardening is the conversion of austenite into martensite at high strain rate The cold hardening effect can be so intense that the machined surface may result points to an extremely high hardness 400 to 500 HB with a thickness of 01 mm This fact is very important in the choice of cutting tool geometry while a negative front angle and cutting tool wear increasing the hardened layer Positive front angle and sharp cutting edge tool acting contrary As for the cutting conditions it is appropriate to choose the depth of cut and feed rate so that the tool during the machining can get behind the hardened layer [26]

Low thermal conductivity is a problem that affects the choice of cutting tool material Heat from the primary and secondary deformation is not preferentially drawing- off with a chip and also heat transfer from the zone of cutting back in the material is limited The reason is the high content of chromium as alloying element which reduces the thermal and electrical conductivity In the area of cut remains more heat which prejudicing tool life [3411]

USED COOLANT

As a cutting environment (gaseous coolant) was used ozone In the case of machining of austenitic corrosion-resistant steel has not been possible to fully exploit the effects of wetting and lubricating the gaseous coolant because this material is not only resistant to corrosion but also to oxidation Theoretically there could be lubricating effects of strongly oxidizing coolant to rebound on the instruments because there were Co-HSS cutters used without PVD coating and the tools contain only about a quarter of content of chromium from machined austenitic steels Currently PVD coating method provides tools to oxidation resistance This cutting environment was chosen because of its environmental friendliness better distribution to the point of cutting and specific heat capacity which is similar to air and pure Oxygen To generate ozone was used equipment from LifeTech Figure 1 [7]

Intensity of supplied gaseous medium can be controlled by the compressor which is able to transport 14 liters of gas per minute Ozone concentration can be controlled with rotary switch on the ozone generator Ozone is an extract from the workpiece and subsequently neutralized by the neutralization unit

31

Fig 1 Ozone generator with neutralization unit

For the experiments were used cutting tools of high speed steel (HSS-Co) with a given content of alloying elements

Fig 2 Content of alloying elements in tools[8]

THE PARAMETERS OF CUTTING TOOLS

diameter of front cylindercutter-16mm

diameter ofclampingpart-[h6] 16 mm

length of cutting section-32 mm

mill-length- 92 mm

4 teeth

uniform spacing of teeth

without PVD coating

front angle γ = 12 deg

N-type universal milling machines suitable for materials up to 900 Mpa

a tooth through the center [10]

32

PARTIAL EXPERIMENT

Currently for machining of austenitic corrosion-resistant steels are most used tools from sintered carbides that compared with conventional cutting tools from high speed steel and high-speed steels produced by powder metallurgy retain their hardness also at higher cutting speeds Sintered carbides however lagged behind the tools of HSS and HSS-PM with their toughness feed rate per tooth and price Tools of HSS and HSS-PM can be after wearing free of coantig grinded and re-coated Increasing of cutting performance for tools from HSS and HSS-PM is possible by increasing the axial and radial depth of cut If we want change the cutting conditions we must respect the stability of cutting process[15]

Cutting power 310 fep vaaQ [cm3min] (1)

ap- axial depth of cut

ae- radial depth of cut

vf- feed rate [5]

This partial experiment was realized aimed to investigate the effects of change of cutting parameters on the resulting machined surface measure the impact of used coolant on the wear of cutting tools and get results (etalon) for multicriteria evaluation of cutting properties of cutting tools from high-speed steels produced by conventional and powder metallurgy According to the literature HSS Milling Smart Guide is for uncoated cutting tools made of HSS-Co determined a maximum cutting speed to value from 10 to 15 m min During this experiment was achieved in three cases a maximum cutting speed 29 m min and in each case there was not a wearing on the back surface The cutting parameters were changed spindle speed (cutting speed) and feed per tooth All experiments were carried out as co-milling The length of the milling area in each case was 100 mm Roughness values were measured using the Mitutoyo SJ-device 400th Each of the machined surfaces was evaluated by 3 - times and the average value was recorded in the chart

Cutting parameters were

spindle speed - 290 360 580 [revmin]

feed per tooth- 00078 00125 00155 0015 0024 0025 003 004 005 [mmzub]

radial and axial depth of gut- ap= 8mm ae= 2mm

33

CONCLUSION

Fig 3 Character of machined surface

The best values of roughness characterized by a roughnessheightofroughnessprofileRzhave been achieved in terms of spindle speed 580 rpm and feed per tooth of 0015 mm Similar values were reached at a speed of 360 rpm and feed per tooth of 00125 and 00243 mm Properties of appliedcoolantcould notbeusedinfull because theworkpieceischaracterized byhigh resistancetooxidation This preventstheformationof oxidizedlayeron theworkpiece whichwoulddirectlyat thecutting siteact as a lubricatinglayer

Therefore wasusedonlythe coolingcapacityof gaseousmediaanditsability tobetterpenetrateinto thecuttingsite Coolingeffectandability topenetrateinto thecuttingsite however weresufficient Lower cutting speeds compared with cutting speeds applied during the machining with hard metals ensured that there is no curing a thin layer of workpiece before the cutting tool ergo the workpiece material was not exposed to high strain rate In the implementation of other experiments can take advantage of HSS tools machining with high axial depth of cut Increasing the axial depth of cut would provide burden reduction by-bit per unit of its length and also would increase the cutting performance To increase the durability of cutting tools could be used air stream cooled to -5 deg C and more On the test instruments was also observed on the back surface wear VB as well as other forms of wear The maximum wear value VB which was measured on the back surface of cutting tools after time 20 min was 02 mm In the case of one instrument was observed brittle fracture where there is destruction of three teeth and hence the loss of the cutting ability of the instrument

All performed experiments showed that the examination of cutting materials for the application possibilities is justified not only in terms of technology but also from an economic point of view

34

REFERENCES

[1] HUMAacuteR Anton Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha MM publishing sro 2008 242 s ISBN 978-80-254-2250-2

[2] KUDELA Miroslav Sandvik Prekladateľ Priacuteručka oraacuteběniacute Praha Sandivik CZ sro za pomoci nakladateľstva Scientia sro 1997 918 s ISBN 91-97 22 99-4-6

[3] VASILKO Karol Analytickaacute teoacuteria trieskoveacuteho obraacutebania Prešov Fakulta vyacuterobnyacutech technoloacutegiiacute TU v Košiciach so siacutedlom v Prešove 2007 338 s ISBN 978-80-8073-759-7

[4] VASILKO Karol HRUBYacute Jindřich LIPTAacuteK Jaacuten Technoloacutegia obraacutebania a montaacuteže Bratislava Alfa 1991 494 s ISBN 80-05-00807-4

[5] BACH Pavel HSS naacutestroje z PM oceliacute pro vyacutekonneacute a ekonomickeacute freacutezovaacuteniacute titanovyacutech slitin MachiningampTooling Magazine 22009 50-54

[6] LUKOVICS I BIacuteLEK O High Speed Grinding Process Manufacturing Technology8 2008 12-18 ISSN 1213248-9

[7] MATIJA Rudolf MIŠIacuteK Ladislav HLOCH Sergej Využitie procesnyacutech meacutediiacute StrojaacuterstvoStrojaacuterenstviacute 22009 2-3 ISSN 1335- 2938

[8] HSS Smart Guide 01 Introduction[online]Available on the internet httpwwwhssforumcomSmartGuideENhtm

[9] Inox spol s ro vlastnosti antikorovyacutech materiaacutelov[online] Available on the internet httpwwwinoxspolcznerezova-ocel-14301html

[10] Freacutezovacie naacutestroje[online] Available on the internet httpwwwzps-fncz

[11] Vplyv legujuacutecich prvkov na vlastnosti oceliacute[online] Available on the internet httpwwwfpttnuniskkfimpredmetyrocnik1nauka_o_materialipdfvplyv_legujucich_prvkov_na_vlastnosti_ocelipdf

35

Bilous Oleksiy Solop Andriy

LvivNationalAgrarianUniversity Mechanics and power faculty

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode

material

ABSTRACT

In work the analysis of the literary data connected with use of an electro-spark alloying for tool hardening is carried out

Necessity of working out new tungstenless electrode materials with eutectic structure for improvement of technologies of an electro-spark alloying is proved Therefore the structure new eutectic system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li alloy has been developed the manufacturing techniques of an alloy are offered by a sintering method

Analysis carrying out received a new alloy by means of modern a research method was the following stage researches namely electronic spectroscopy on microprobe JAMP-10S (JEOL) where it is established that the alloy break has viscoplasticitycharacter and at it there are all elements of system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li The x-ray-phase analysis on diffractometerwith use monochromatic Coα - radiation has shown to Dron-UM1 presence in an alloy of following phases α-Fe Fe3 (B C) Fe2B Fe3 (Si B)

Work is written on 23 pages to the text consists from introduction 5 sections contain 3 drawings and 2 tables

Keywords an electro-spark alloying eutectic alloy fractographyof a break a x-ray-phase method

INTRODUCTION

The analysis of row of works about creation of new electrode materials for an electro-spark alloying (ESA) shows that lately prevails tendency to development of tungsrenless of electrode materials [1 2 3] It is related to the greater economy and possibility of replacement of deficit a tungsten and cobalt By confirmation there are numerous researches it from the receipt of alloys with an eutectic structure [4-5] that are dispersible are the fixed alloys with optimum correlation of hardness and plasticity due to a presence in the structure of plastic matrix and reinforcing phases Correlation of such phases can be purposefully changed arriving at thus the receipt of eutectic alloys with the set complex of their properties

36

That touches wearproofness of coverages which are inflicted from such eutectic alloys and in particular by an electro-spark treatment the optimum ranges of correlations of elements of alloy are in this case possible also and at the same time plastic and reinforced phases which change his wearproofness substantially

1 GROUND OF CHOICE OF ELEMENTS FOR ALLOYING OF THE SYSTEM FE ndash MN ndash C ndash B THEIR CONCENTRATIONS AND DEVELOPMENT OF COMPOSITION OF COMPONENTS OF ELECTRODE ALLOY

For base material chosen the system Fe ndash Mn ndash C ndash B which allows to get in a structure carbides and metals boride that promotes hardness wearproofness thermal stability and corrosive firmness considerably [6]

Basis of coverage (iron) is a main element which is included in composition of toolpiece and forms hard solutions compounds and carbides A carbon and coniferous boron form with iron an eutectic and also ultrastrong carbides and boride In addition it has high enough diffusive penetrating in the process of satiation of basis of coverage and as marked higher they effectively form hard solutions and compounds Borides also high firmness to the abrasive wear as compared to refractory carbides and oxides [7]A manganese have high properties of bringing together with iron and can easily replace it in carbides simultaneously promotes plasticity and their dispersion at the maintainance of high durability and thermal stability It also is a good carbide creative element

Is a manganese instrumental in displacement αrarrγconverting into the side of considerably lower temperatures Speed of flowing of diffusive processes which slows speed of transformation of austenite in martensit diminishes thus [6]

The analysis of diagrams of the state shows [6] that with the purpose of formation of coverages of eutectic type they must have the followings concentrations of elements (on weight)

860 974 iron

22 13 to the manganese

04 to a 15 carbon

to 35 coniferous boride

Accepting the alloy of Fe ndash Mn ndash C ndash B for basis in the range of concentrations which the eutectic melting (see higher) is at to it finished mixing such elements as a chrome and silicium that allowed substantially to promote the level of mechanical descriptions (hardness wearproofness) and corrosive firmness

37

As known introduction of silicium which is included in a solution with iron (to 15) substantially promotes hardness and limit of durability of alloy at high temperatures and at low - offers resistance corrosion Also does silicium narrow the limit α-solution (more than 3) an alloy up to the temperature of melting feels no phase transformations

Introduction of chrome from 6 to 20 considerably promotes corrosive firmness at to simultaneous influence of mechanical tensions[6]

It should be noted that mixing in refractory admixtures (does the temperature of melting of chrome and silicium exceed 1400 Co and 1500 Co accordingly) does not result in the increase of temperature of synthesis of coverage so as there is the partial melting of charge at their receipt but fusion which appeared muffles the not cut-in particles of powder-like mixture as though a diffusive redistribution is considerably initiator them on all volume of liquid phase [8 9]

A wearproof eutectic alloy was thus developed with the high enough level of physical - mechanical parameters [10] which is used for overcoating on a toolpiece

For the receipt of the indicated eutectic alloy such components are used Ч - 20 B2O3 Fe Mn FeCr FeSi Therefore harmful admixtures - sulphur phosphorus appear in his composition oxygen but other These harmful admixtures sharply reduce the complex of physical ndash mechanical properties of material because they take place on borders of grains and it does material fragile less plastic The results of researches assert that in material is phosphorus to 008 and sulphurs to 009

Consequently to promote the complex of physical - mechanical properties of material and with it official properties of toolpiece such as longevity wearproofness reliability volume of the taken off shaving to our opinion it is possible by introduction to his composition of new element which would have large bring together to phosphorus sulphur oxygen and other components and would provide cleaning of border of grains from these harmful admixtures

The analysis of literary data shows that one of the most effective elements lithium can come forward in such role [9] Mixture in to the alloy of lithium promotes mechanical properties and corrosive firmness the limit of fluidity and durability hardness rises in particular treatment gets better cutting [11] Lithium in steels and alloys having a high cognation to oxygen sulphur and phosphorus used for degassing and also for bundle sulphur and phosphorus [12 13] Introduction of lithium strengthens general desulfuration of alloy condense a structure near-by grains purges from phosphorus and excretions of oxide that the wearproofness promotes in an aggregate

Thus supposition is done that known and used by us in previous researches [14 15] the eutectic alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr for

38

the increase of firmness of cutting instrument at treatment of materials at alloying his lithium can give an additional positive effect in relation to firmness of cutting instrument

It should be noted that lithium with a groundmass (by iron) does not co-operate practically It follows from literary information that lithium does not dissolve in hard iron Boiling lithium (boiling point 1370 Co) erose the iron but diffusions of lithium in iron to 1200 Co it is not observed [12]

Like does lithium co-operate with a carbon which only at a temperature 165 Co forms an eutectic (at 01 on mass of lithium) [13] The analysis of diagrams of the state of lithium shows with a chrome and silicium that a to 5 (on mass) lithium does not have co-operation both in the liquid (two liquid liquids which are unmixed appear) and in hard state [13]

There is not information about co-operating of manganese with lithium We know well that a manganese without restriction dissolves in iron both in the liquid and in hard state thatrsquos why probability of co-operation of it with lithium absents practically Boride at co-operating with lithium in correlation 16 forms black powder Research X-ray structural show that powder is mixture of the coniferous of boride and unidentified boride of lithium [13] It is therefore impossible to do a certain conclusion neither about his composition nor about his structure

It is possible to draw conclusion from higher said that with basic components which form eutectic material of the system Fe-B-Mn-C-Si-Cr lithium does not co-operate practically what can not be said about harmful admixtures which appear in this alloy at his synthesis At co-operating of lithium with sulphur does the sulfide of lithium (Li2S) appear at the temperature of melting 975 Co [13]

Phosphorus with lithium forms two phosphides of LiP and Li3P at what Li3P has a hexagonal grate as Ni3As ( a=4273 Aring s=7594 Aring) [13] Lithium well co-operates with oxygen forming oxides Lio2 has a face-centered cubic grate as CaF2 (a=4602 Aring) Li2O2 has a tetragonal grate ( a=549 Aring s=776 Aring) [13]

From literary sources evidently that lithium links harmful admixtures intensively that substantially can promote the level of physical ndash mechanical properties of eutectic material

2 FEATURES OF TECHNOLOGY OF CAUSING OF WEARPROOF COVERAGE AN ELECTRO-SPARK ALLOYING

As known electro-spark treatment of metals in particular an electro-spark alloying of metallic surfaces is based on the use of the phenomena which accompany instantaneous liberation of electric energy This process is characterized the high temperature of incandescence of spark by ionization of interelectrode space

39

As at ESA the short at times impulses of electric current flow by duration from 10-3 to 10-5 seconds taking of heat on an electrode from the place of digit to periphery is not provided the heat-conducting of metal and due to it the small volumes of superficial layer are added sharp fluctuations in a temperature ndash from the temperature of boiling of metal of electrode to the temperature in a few ten of degrees

As a result of it at first the change of structure of superficial layer of metal takes place secondly the presence of high ionization of interelectrode interval creates necessary terms for flowing on the metallic surface of chemical reactions which causes the change of composition of superficial layer of metal

The result of ESA depends on

technological parameters (electric mode and specific time)

optimum combination of materials of electrode and processed good

external of the processed good environments

qualifications of operator

The electric mode which is determined the size of energy which is selected in an interelectrode interval influences on intensity of process of ESA that is why there is a necessity to manage this size in the operating setting of ldquoElitron-20rdquo The different modes of treatment which engulf the considerable range of powers both for realization of ldquoroughrdquo are for this purpose foreseen and high-precision processes of ESA

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimeters of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maхimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximum limit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

The different modes of treatment are used depending on requirements to the processing surface its cleanness wholeness thickness and porousity of the inflicted layer and also to the possible size of transitional area (thermal affected zone which is located under a superficial layer in which diffusive processes take place) On the minimum modes of treatment that than less energy of impulses of current the less is a thickness of layer got

40

in time unit on unit of surface but the top quality of the inflicted coverage The small thickness of transitional area (especially on the tempered materials) takes place in this case and the inflicted superficial layer is most closeness and his surface is cleaner in all Very often it follows to give advantages the fixed skims than to get thick layers which are more porous and more fragile The maximum modes of treatment (when more energy is selected in every single impulse) result in the transfer of greater portion of material Mainly the thickness of coverage makes 10200 mkm with the height of inequalities of type within the limits of Ra of =25100 mkm by a wholeness more than 80

In quality electrodes different condactive materials are used

The effect of ESA largely depends on external of good environments During working as a toolpiece which is fixed ESA by a method often intensification of the cutting modes is instrumental in the additional increase of firmness A not less value for achievement of positive results of application of ESA has qualification of operator To failings which arise up during unskilled labour flashing off of cuttings verges low wholeness and unevenness of coverage presence of humps belong and temperings

Taking into account it is all higher said in quality the sequence of works for ESA of cutting instrument and laboratory standards the following flowsheet was accepted (Fig 1) preparation of surface of the fastened good direct treatment of ESA of this surface on the certain modes of technological process control of quality of the inflicted coverage

Quality of the fixed layer of cutting instrument especially durability of his tripping with basis substantially depends on preparation of cutting verge of chisel The process of preparation of surface is included by two stages depriving of fat and tooling of surface for overcoating Depriving of fat carried out in well-known solvents (except for ethyl petrol to the acetone and others like that) After depriving of fat removed tracks of corrosion possible dross other contaminations by polishing and took a surface to metallic brilliance

As a result of numerous tests of process of ESA by an eutectic electrode on setting of Elitron-20 with different technological parameters the most optimum modes of causing of an electro-spark coverage were accepted on the cuttings edges of cutting instrumentcapacity of story condensers of C = 470 mkF amplitude of impulses of tension on the condensers of U = 42 B working current of Ip=5 A energy of high bit of W = 037 JouleSuch regime parameters are accepted as a result of the detailed analysis of influence of the factors described higher on the process of ESA

On the cutting instrument of electro-spark coverage after the given modes it is accepted the basic stages of technological process of causing

rapprochement an anode (to the electrode) is with a cathode (by good)

41

hasp of workpiece-to-electrode

decatenation from to the anode of drop of molten metal

explosion of molten drop

besieging of material an anode is on a cathode

a contact of electrode is with the surface of good

divergence of electrode is with the surface of good

Control of quality of the inflicted electro-spark coverage was carried out an external review and 4-10 x whether by magnifying glass (ГОСТ 8309-75)

Preparation of detail

Depriving of fat of surface

of detail

Avoil

Preparation of equipment is for causing of EIL

Choice of the modes of operations of EIL

Establishment

Cathode of detail is on a

metallic surface

Fixing in the

vibrator of Anode

electrode material

Rapprochement an anode is with a

cathode

-----------------------------

Causing of EIP is on a

detail

Control of quality of an electro-spark coverage

Magnifying glass

42

Fig 1 Technological flow-chart of causing of an electro-spark coverage

3 STRUCTURE AND BASIC PHYSICAL ARE MECHANICAL PROPERTIES OF ELECTRODE ALLOY AND WEARPROOF ELECTRO-SPARK COVERAGE

Erosive firmness of eutecticum alloys in the process of ESA depends on the row of physical and thermal constants of alloying elements which characterize force of interatomic connection and inflexibility of crystalline structure of alloy that those factors which influence on correlation of liquid and hard phases in the products of erosionWill mark that transference of electrode material at ESA is carried out actually in liquid and hard forms that promotes descriptions of mass transfer and improves quality of surface A presence in the structure of eutecticum alloy of fusible eutecticum is predetermined by an increase as compared to the tungsten alloy of erosion an anode and increase a cathode in 23 times The coefficient of transfer is here increased to 93 [ 16]

The fractographies of fracture of eutectic electrode alloy are presented on Fig 2 The fracture of alloy in swingeing majority has viscidly plastic character with the strongly ramified structure of surface

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimetre of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maksimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximumlimit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

a) b)

43

Fig 2 Fractographies of fracture of electrode eutectic alloy (a b) x 300 An image is in the second electrons

Spectroscopy researches of eutectic electrode alloy by the method of electronic spectroscopy rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles which was added an analysis In a spectrum there are all basic chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy Except for it high sensuality of method to the easy elements in the high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in very small concentrations

The standards of electrode alloy as fine-grained conglomerates for providing of reliable output of current pressed in in an indium The presence of indium in this spectrum is explained to intentional out-of-focus the probe of to 50 nm for determination of content of elements for the surfaces of fracture A form and size of peaks of oxygen and carbon (as to the antagonist of process of oxidization) allows to think about the low degree of oxidization of surface of fracture

Study of coarse-fine low power part of spectrum allowed to find out weak lances This phenomenon can be explained a segregation on-the-spot fracture of elements with high diffusive mobility such as sulphur and phosphorusIn the resulted spectrum of lance of electrons of iron imposed with high exactness on basic lances of manganese which does uttery difficult their division with the purpose of quantitative analysis

Complete record of distributing of chemical elements stabilizing of them served as a criterion on the depth of standard On border of distributing (transitional layer) formation of tape of oxide took place in the process of making of standard

By a X-ray phase analysis in the standard of electrode alloy found out four phases (table 1)

Table 1Crystalgeometrical of description of structural constituents in an electrode alloy

Phase Spatial

group Size of crystalline grate nm

а b С

1 - Fe Im3m 02867(1) - -

2 Fe3(CВ) Pbnm 04572(1) 05110(1) 06713(1)

3 Fe2B I4mcn 05115(1) - 04249(1)

44

Basic phase - α-Fe with the period of body-centred cube (BCC) grate ndash 2867(1)Aring For quantitative composition such phase is register the phase of type of cement carbide with a rhombic grate - Fe3(CB) (a=4572(1)Aring b=5110(1)Aring c=6713(1)Aring) Taking into account the difference of the resulted periods of grate in relation to such in clean Fe3C it costs to assume that in our case substituted for part of atoms of Fe other atoms (Mn Cr)The third registered phase in a feedstock for an electro-spark alloying was a tetragonal phase of boride iron - Fe2B (a=5115(1)Aring s=4249(1)Aring)Other lines (tabl1) which remained on the diffractogram of initial standard satisfactorily index within the framework of rhombic structure of isomorphic cement carbide in which substituted for a carbon silicium - Fe3(SiB) (a=4468(1)Aring b=5335(1)Aring s=6670(3)Aring)It should be noted that there is a two-bit of austenite in a standard however much all his lances coincide with the strong imprints of other registered phases

Thus as a result of researches of structural constituents of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li and it basic physical ndash mechanical properties it is set that the eutectic of Fe-B-C will be realized in this system Will mark as chance offers that the basic system Fe-Mn-C-B has two eutectic areas [6] the eutectic of Fe-Mn-C and Fe-B-C can be realized in whichTherefore given higher in a table a 1 phase composition of eutectic electrode alloy substantially differs from phase composition of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr (is there a presence in the α - Fe and γ - Fe manganese carbide of iron of Fe04Mn36C and Fe3C) which was used for causing of ESC during the leadthrough of comparative researches of wearproofness of instrumental steels Concerning ESC got from the eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li it should be noted that phase composition of such coverage is adequate phase composition of eutectic electrode alloy but structurally ESC and in this case has the appearance of ldquowhite layerrdquo

The characteristic type of the inflicted electro-spark coverage with the use of eutectic electrode material is rotined the method of ESA on Fig3

Fig 3 General view of electric spark coverage of inflicted ESA (x 70)

4 Fe3(SiB) Pbnm 04468(1) 05335(1) 06670(3)

45

Erosive fossulas which appear under an action on metal ground of high bits take shape which depends on the diameter of electrode and angle of his slope to the plane of basis The diameter of fossulas made 05hellip08 mm depth of penetration in basis of 80 ndash 120 mkm width of the thermal affected (TIZ) of 70hellip100 mkm zone Within the limits of TIZ there is growing of grain shallow under the action of a spark digit The same and also by the involuntary extrass of material outside a fossula the presence of microcracks is explained on the bottom of fossula and them too uneven microrelief

On the next stage of researches conducted the estimation of tribocharacteristic of an electro-spark coverage (ESC) on the machine of friction of СМЦ ndash 2 which was carried out at the friction of chisel with a counterbody at different speeds (6 ms and 9 ms) and loading 20 H Time made works 300 seconds The wearproofness of chisels was estimated after a gravimetric wear by coverages

Results rotined that maximum values of concentration of elements of the basic system Fe ndash Mn ndash C ndash B is chosen coming from possibility of receipt of alloys of eutectic type in obedience to the diagram of the state [6]

Content of additional alloying elements (to the chrome silicon) is limited possibility of receipt of alloys with an eutecticstructure and enhanceable physical ndash mechanical properties of coverage which is well described in-process [6]

That touches an alloying element (to lithium) his introduction to composition of material less than 03 inadvisable because this concentration does not allow fully to remove (to link) harmful admixtures such as P S O2 that take place on borders of grains The effect of introduction of lithium goes down these in composition of electrode material

Exceeding of maximum value of lithium (115 on mass) also worsens the level of mechanical and operating properties of coverage due to appearance in his structure of free (unconnected) lithium because it practically does not co-operate with basic alloying elements It sharply

46

reduces descriptions of durability of alloy and worsens wearproofness of coverage

Optimum physical ndash mechanical descriptions of coverage from point of wearproofness take place at the following composition of components of electrode material C - 08 Mn ndash 35 B ndash 255 Si ndash 278 Cr ndash 975 Li ndash 085 Fe are other correlation of BLi is 31 Thus the high values of wearproofness are marked both in the case of application of steel of U8 and to steel of R6M5

CONCLUSIONS

1 Among eutectic alloys which are recommended for causing the method

of EIL after it physical-mechanical by descriptions a main place is

occupied by materials of the system Fe ndash Mn ndash C ndash B alloyed different

additions which promote their hardness corrosive firmness and

wearproofnessTo the lacks of the indicated systems behaves

circumstance that at the synthesis of these coverages such harmful

admixtures appear in their structure as sulphur oxygen phosphorus

and other which substantially reduce the level of official descriptions of

coverages as a result of their fragilityIntroduction of lithium to

composition such the coverages allows substantially to reduce

negative influence of harmful admixtures From literary information

evidently that lithium is a good deoxidant purges a structure from

phosphorus and promotes desulphuration of alloy that is why

introduction of it to the eutectic alloys can give a positive effect on the

increase of firmness of cutting instrument

2 Technology of receipt of wearproof coverage is offered by the method

of the electro-sparkle alloying with application of eutectic electrode

materials with the admixtures of lithium The optimum modes are set

for technologies of causing of a wearproof electro-spark coverage on

the cuttings verges of cutting instrument

3 Research of eutectic alloy by the method of electronic spectroscopy

rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles

which was added an analysis In a spectrum there are all basic

chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy

Except for it high sensuality of method to the easy elements in the

high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in

very small concentrations

4 X-ray phases did the analysis of eutectic alloy rotin the presence of

phases α- Fe Fe3(BC) Fe2B Fe3(SiB) At research of wearproof

47

coverage registered sciagraphy except for imprints α - Fe γ ndash Fe

maximums of oxide of Fe3o4 After the removal of superficial layer of

coverage of lance of the indicated oxide not registered Are there three

phase constituents on the diffractograms of the polished standards α -

Fe γ ndash Fe and Fe3(B C) Does the amount of austenite make thus ~

5

REFERENCES

1 ВерхотуровАД АлфинцеваРА РогозинскаяАА идр

Свойстваизносо-стойкихпокрытийизэвтектическихсплавовхром ndash

карбид Порошковаяметаллургия- 1984- 3- С 45-50

2 Электроискровое легирование стали безвольфрамовыми

сплавами Коваль-ченко МС Паустовский АВ Кириленко СИ

Середа НН Цыбань ВА Белобородов ЛН Порошковая

металлургия-1984-6-С 47-50

3 Голубец ВМ Пашечко МИ Принципы создания и особенности

формирования эвтектических покрытий из жидкой фазы ФХММ

ndash 1984-6-С 25-29

4 Голубец ВМ Долговечность эвтектических покрытий в

коррозионных средахndashК Наук Думка 1990 ndash 118 с

5 Глухов ВП Боридные покрытия на железе и сталиndash

КНаукДумка1970ndash208 с

6 Пашечко МИ Голубец ВМ Чернец МВ Формирование и

фрикционная стойкость эвтектических покрытий- К Наук

Думка1993 ndash 344 с

7 Пашечко МИ Голубец ВМ Способ получения эвтектических

термо-диффузионно-наплавленных покрытийМеталловедение и

термобрабметаллов- 1989-6-С26-30

8 Голубец ВМ Пашечко МИ Износостойкость покрытий из

эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-B ndashК Наук Думка- 1989ndash

160 с

9 Мальцев МВ Металлография тугоплавких редких и

радиоактивных металлов и сплавовМ Металлургия 1971-487 с

10 Голубець ВМ Білоус ОВ Триботехнічні властивості зміцнених

електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей

при точінні деревинних матеріалів Науковий вісник Збірник

48

науково-технічних праць ndash Львів УкрДЛТУ ndash 2002- Вип 122 -

С 107 ndash 116

11 Свойства лития Гришин ВК Глазунов МГ Аракелов АГ

Вольдейм АВ Македонская ГС ndash М Металлургиздат 1963 ndash

115 с

12 Хансен М Андерко К Структуры двойных сплавов ndash М

Металлургиздат 1962 Т2ndash 707 с

13 Эллиот РП Структуры двойных сплавовndash М Металлургия 1970

ndash 642 с

14 Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості

ріжучого інструменту Білоус ОВ Голубець ВМ Юга ОЙ Гасій

ОБ Науковий вісник Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ

століття наука освіта технології ndash Львів Престиж інформ -

1999- Вип 95 ndash С 239-245

15 Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні

деревини Білоус ОВ Голубець ВМ Гасій ОБ Юга ОЙ

Науковий вісник ndash Львів УкрДЛТУ 2000- 111 ndash С 88-89

16 Гасій ОБ Розробка евтектичних електродів для електроіскрового

зміцнення деталей машин і оснащення Автореф дисhellip канд техн

наук 050201 ФМІНАН України ndash Львів 1993 ndash 16 с

49

Inż BolestaJoanna Dr inż CzekalskiDariusz

Katedra Podstaw Inżynierii Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za

pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the

tracking plane in years 2006 ndash 2010

SUMMARY

The aim of the study concerns the statistical analisys of hourly values of the solar irradiance coefficient of variation on the tracking plane based on data provided by the Faculty of Production Engeenering of Warsaw University of Life Sciences in years 2006 ndash 2010 The registered irradiance measures expressed in Wm2 are conducted every minute in use of pyranometers on three different planes horizontal southern and tracking plane The effects of this consideration are helpful due to the efficiency evaluation of the tracking plane functioning and also to the elimination of measurement errors connected with the Sun ndash tracking device The improvement of solar heating systems efficiency comes along with the increasing interest in renewable sources of energy in which solar radiation energy considered as the clean green energy and practically unlimited stands for one of the most crucial positions in Poland

WSTĘP

Silna i rozwinięta gospodarka energetyczna stanowi fundament prawidłowego funkcjonowania zaroacutewno w sferze globalnej jak i lokalnej każdego państwa i regionu Jednak duży postęp technologiczny ktoacuterego następstwem jest coraz większe zużycie energii wiąże się także ze stałym zmniejszaniem się zasoboacutew nieodnawialnych źroacutedeł energii Obecnie obserwuje się dwie tendencje dotyczące gospodarowania energią Pierwsza z nich dotyczy poprawy efektywności wykorzystania konwencjonalnych źroacutedeł energii oraz racjonalnego ich eksploatowania Druga natomiast określa rozwoacutej gospodarki energetycznej w kierunku odnawialnych źroacutedeł energii (OZE) ktoacutery determinowany jest przez akty prawne Unii Europejskiej (Pakiet Klimatyczny tzw 3x20) bądź Protokoacuteł z Kioto czyli międzynarodowe porozumienie w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałania tzw globalnemu ociepleniu [1] [2] Najważniejszym źroacutedłem energetycznym warunkującym procesy w atmosferze Ziemi jest Słońce Jako źroacutedło energii Słońce cechuje się niewyczerpalnością zasoboacutew energetycznych oraz największym potencjałem

50

wykorzystaniaw większości miejsc na Ziemi co zaowocowało szybkim rozwojem solarnych systemoacutew energetycznych Aktualnie energetyka słoneczna opiera się na poprawie efektywności i sprawności urządzeń oraz systemoacutew instalacji solarnych cieszy się jednak niesłabnącym zainteresowaniem oraz pozostaje dynamicznie rozwijającym się przemysłem [3] [4]

CEL ZAKRES I METODYKA PRACY

Do celu i zakresu pracy należy wyznaczenie prezentacja oraz analiza godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności natężenia promieniowania słonecznego (irradiancji) padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w miesiącach lipcu i październiku lat 2006 ndash 2010 Materiałem źroacutedłowym jest baza pomiarowa zawierająca dane zarejestrowane ze stanowiska badawczego znajdującego się na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wspoacutełczynnik zmienności definiowany jest jako stosunek wartości odchylenia standardowego do średniego natężenia promieniowania słonecznego Rejestrowane co 1 minutę wyniki pomiaroacutew natężenia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera oraz parametry opisujące temperaturę wilgotność oraz prędkość wiatru zapisywane są jako dobowe pliki programu LBX W wyniku konwersji danych otrzymano bazę arkuszy kalkulacyjnych MS Excel z okresu rozważanych pięciu lat zawierających wartości zarejestrowanego natężenia promieniowania słonecznego Do przeprowadzenia analizy wyznaczonych w kolejnych etapach parametroacutew statystycznych obliczono prawdziwy czas słoneczny dla każdego odnotowanego lokalnego czasu wykonania pomiaru zgodnie z matematycznymi zależnościami W każdym z arkuszy kalkulacyjnych wyznaczono zadane zmienne godzinowe w odniesieniu do wyznaczonego prawdziwego czasu słonecznego przy wykorzystaniu funkcji statystycznych programu MS Excel Obliczono w rezultacie godzinowe średnie natężenie promieniowania słonecznego odchylenie standardowe medianę oraz wspoacutełczynnik zmienności

OBIEKT BADAŃ

Dane empiryczne będące podstawą do analizy wspoacutełczynnika zmienności rejestrowane są na stanowisku badawczym zlokalizowanym na Wydziale Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przedstawionym na fotografii 1

51

Fot 1 Stanowisko badawcze na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW (opracowanie własne 2010)

Pomiary całkowitego natężenia promieniowania słonecznego tj bezpośredniego i rozproszonego wykonywane są przy użyciu pyranometroacutew ktoacutere rejestrują wyniki z trzech roacuteżnych płaszczyzn poziomej południowej oraz nadążającej za pozycją Słońca Ponadto w skład stanowiska badawczego wchodzą czujniki temperatury wilgotności oraz parametroacutew wiatru Pomiary rejestrowane są w odstępach 1 minuty a następnie przewodowo przesyłane do odpowiednich konwerteroacutew i komputera gdzie jako przekonwertowane pliki programu LBX firmy LAB-EL zapisywane są jako pliki dobowe ktoacutere umożliwiają stały podgląd mierzonych parametroacutew według kryterioacutew czasu i wybranej ekspozycji także w formie obrazowej tj wykresoacutew Na fotografii 2 przedstawiono pracownię pyranometryczną z ktoacuterą zintegrowane jest stanowisko badawcze Elementem zasadniczym z punktu widzenia niniejszego artykułu jest pyranometr CM 3 dokonujący pomiaru natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca Na fotografii 3 przedstawiono pyranometr CM 3 znajdujący się na stanowisku pomiarowym na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW

52

Fot 2 Pracownia pyranometryczna WIP (opracowanie własne 2010)

Fot 3 Pyranometr CM 3 śledzący pozycję Słońca stanowisko WIP (opracowanie własne 2010)

WYNIKI ANALIZ I OBLICZEŃ

Przykładowe zestawienie wynikoacutew obliczeń wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca lipca roku 2010 zamieszczono w tabeli 1 Analogiczne opracowania wykonano dla wszystkich miesięcy lipca i października z lat 2006 ndash 2010 Wyniki badań uwidaczniają pewną tendencję dotyczącą zależności natężenia promieniowania słonecznego i wspoacutełczynnika zmienności Przy niskich wartościach natężenia promieniowania

53

słonecznego obserwuje się zaroacutewno wysokie wartości zmienności jak i bardzo niskie Wynika to z faktu iż dotyczy to dni o dynamicznie zmieniającym się zachmurzeniu lub o długotrwałych okresach pełnego zachmurzenia Warto zauważyć że przy wysokim stopieniu zachmurzenia dokładne śledzenie ruchu pozornego a w rezultacie pozycji Słońca nie skutkuje wzrostem odnotowanych sum promieniowania słonecznego

Tab 1 Wspoacutełczynnik zmienności lipiec 2010 (opracowanie własne)

Dzień

Godziny czasu słonecznego

6-7 7-8 8-9 9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

1 102

064

029

045 001 039 045 054 045 068 052 038 017

2 009

003

004

002 001 017 001 020 002 002 002 004 009

3 004

005

006

053 049 044 031 014 002 042 045 093 097

4 015

052

039

039 031 021 026 045 047 037 056 041 094

5 064

003

039

059 047 070 068 044 048 010 011 005 045

6 005

006

028

041 062 028 036 028 059 077 013 011 063

7 033

034

047

047 051 060 059 055 038 050 039 020 030

8 028

034

038

020 015 038 034 041 036 039 040 028 054

9 005

004

006

002 002 017 004 004 010 006 005 005 010

10 004

003

002

001 002 016 004 001 001 002 009 017 018

11 005

003

002

015 001 001 001 001 001 001 002 006 011

12 006

003

002

040 037 031 030 029 044 004 011 006 014

13 013

030

049

010 046 026 035 013 044 032 041 096 081

14 009

029

003

009 007 036 064 044 095 078 048 024 049

15 007

003

002

001 003 030 017 010 002 002 021 011 041

16 060

040

050

004 001 014 031 006 022 021 059 070 020

17 007

004

002

001 030 030 035 021 012 052 017 009 053

18 059

062

039

035 057 024 012 043 023 021 025 064 051

19 025

016

031

052 021 022 029 011 023 027 037 041 036

20 11 09 02 029 023 047 069 048 028 034 025 057 057

54

3 3 7

21 009

004

028

017 018 038 042 025 014 004 024 047 050

22 008

004

002

001 001 001 001 021 001 003 004 009 025

23 012

004

002

001 001 001 004 042 027 039 032 073 052

24 044

076

085

054 039 018 034 046 047 045 082 054 080

25 053

085

041

032 035 034 051 054 036 077 078 018 071

26 033

025

046

016 021 021 032 041 016 022 031 035 023

27 030

023

044

016 013 014 027 016 032 026 023 036 053

28 049

045

021

030 030 037 047 034 048 034 038 070 059

29 019

065

027

033 052 039 077 059 054 032 017 028 047

30 048

035

068

039 033 035 036 027 044 028 031 047 026

31 062

082

034

045 043 044 040 101 052 039 036 024 089

Wykres 1 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu lipcu na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 11 do 12 Jednocześnie ilustruje on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wraz z upływem dnia od godziny 9 w lipcu rosną wartości wspoacutełczynnika zmienności

Wyk 1 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Lipiec 2006 - 2010

0

100

200

300

400

500

600

700

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

025

030

035

040

045

050

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

55

Na wykresie 2 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje w jakim stopniu wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepszym pod względem zmienności okazał się rok 2006 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego w poszczegoacutelnych godzinach

Lipiec 2006 - 2010

0

01

02

03

04

05

06

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

Wyk 2 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca lipca w danej godzinie czasu słonecznego (opracowanie własne)

Wykres 3 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu październiku na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 12 do 13 Jednocześnie przedstawia on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wartość wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca października na przestrzeni badanych lat osiąga relatywnie stałe wartości w godzinach od 9 do 15 Od wschodu Słońca do godziny 9 oraz od godziny 15 do zachodu Słońca obserwuje się gwałtowny wzrost zroacuteżnicowania wynikoacutew pomiaroacutew

56

Wyk 3 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Na wykresie 4 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje stopień w jakim wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepiej pod względem zmienności wypada rok 2010 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego

Wyk 4 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca października w danej godzinie czasu słonecznego

(opracowanie własne)

Wykres 5 przedstawia wyniki poroacutewnawcze wartości średniego natężenia promieniowania słonecznego na płaszczyźnie nadążnej miesięcy lipca i października na przestrzenia badanych pięciu lat od roku 2006 do 2010 Opracowanie dla miesiąca lipca przeprowadzano od godzin od 6 do 18 Poroacutewnanie obejmuje godziny od 7 do 17 według analizowanych godzin dla

Październik 2006 - 2010

0

50

100

150

200

250

300

350

400

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

030

040

050

060

070

080

090

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

Październik 2006 - 2010

02

03

04

05

06

07

08

09

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

57

października Godziny przed 7 oraz po 17 nie dają znaczących wartości do poroacutewnywania przy tak zroacuteżnicowanych miesiącach W przypadku obu miesięcy największe natężenie promieniowania słonecznego przypada na przedział czasowy od 11 do 12 godziny czasu słonecznego

Wyk 5 Poroacutewnanie średniego natężenia promieniowania słonecznego w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Krzywe na wykresie 6 opisują zmienność wynikoacutew badań dla analizowanych miesięcy w okresie pięciolecia Wyniki dla miesiąca lipca odbiegają nieznacznie od wartości oczekiwanych Znacząca roacuteżnica między zestawionymi miesiącami jest zauważalna w godzinach wczesno porannych oraz godzinach wieczornych

Wyk 6 Poroacutewnanie wspoacutełczynnika zmienności w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Lata 2006 - 2010

5074

59966337 6372 6432

6173 60325884

5386

4712

950

2308

2945

34673721 3767

3454

2809

1906

884

0

100

200

300

400

500

600

700

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

lipiec październik

Lata 2006 - 2010

022025

028031

036 037 036 037

039

034031

034 036 037

041

054

0

01

02

03

04

05

06

8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

lipiec październik

58

WNIOSKI

1 Energetyka słoneczna oraz inne odnawialne źroacutedła energii stanowią

alternatywę dla stale kurczących się zasoboacutew paliw wyczerpywalnych

Udział energii z OZE w gospodarce energetycznej jest ponadto

regulowany aktami prawnymi ustawami oraz dyrektywami Unii

Europejskiej

2 Przedmiotem rozważań była analiza zmienności natężenia

promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą

za pozycją Słońca w ujęciu wartości godzinowych Baza pomiarowa

obejmowała dane rejestrowane w latach 2006 ndash 2010 na Wydziale

Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie Przeprowadzone obliczenia

są pomocne w ocenie efektywności pochłaniania promieniowania

słonecznego

3 Lipiec na przestrzeni badanych lat charakteryzuje się wspoacutełczynnikiem

zmienności na poziomie 022 divide 037 natomiast w październiku

wartości oscylują w granicach 031 divide 054 Wyniki lipcowe świadczą

o roacutewnomiernym docieraniu promieni słonecznych do odbiornika

w ciągu badanego okresu W październiku zaś obserwuje się stały

charakter przebiegu krzywej wspoacutełczynnika zmienności w kształcie

litery U Wysokie wartości w godzinach porannych i wieczornych

wywołane są kroacutetszym niż w przypadku lipca czasem operacji

słonecznej

4 Dla obu rozpatrywanych miesięcy wspoacutełczynnik zmienności wraz z

upływem kolejnych godzin dnia rośnie Maksymalną wartość osiąga on

w lipcu w godzinie 13-14 oraz 15-16 i wynosi 037 natomiast

w październiku między godziną 15 i 16 woacutewczas roacutewny jest 054 Taka

roacuteżnica odzwierciedla roacutewnież przebiegi godzinowych wartości

średnich oraz sum natężenia promieniowania słonecznego w ktoacuterych

październik charakteryzuje się dużą niestabilnością warunkoacutew

atmosferycznych i pogodowych w stosunku do lipca gdzie obserwuje

się relatywnie podobny dla wszystkich 5 lat rozkład natężenia

promieniowania słonecznego w ciągu dnia

5 W prognozowaniu efektywności oraz rezultatoacutew działania solarnych

systemoacutew grzewczych i ich stabilności zasadnicza jest analiza

wspoacutełczynnika zmienności Im jest on wyższy tym w dalszej

perspektywie większe komplikacje w zaimplementowaniu i osiągnięciu

prawidłowego standardu działania słonecznych instalacji grzewczych

Na podstawie przeanalizowanych miesięcy widoczna jest zależność

59

między wpływem określonego momentu w roku oraz

charakterystycznych dlań warunkoacutew atmosferycznych (zachmurzenie)

na tę zmienną statystyczną

BIBLIOGRAFIA

1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 200928WE z dnia 23

kwietnia 2009 r w sprawie promowania stosowania energii ze źroacutedeł

odnawialnych

2 Protokoacuteł z Kioto do Ramowej konwencji Narodoacutew Zjednoczonych z

dnia 11 grudnia 1997 r w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałaniu

globalnemu ociepleniu

3 Pomierny W Możliwości wykorzystania energii promieniowania

słonecznego do celoacutew grzewczych w Polsce Centralnej Polska

Energetyka Słoneczna 12003

4 Kosieradzki J Kolektory słoneczne w polskich warunkach

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 62008

60

Brzezina Natalia

Warsaw University of Life Sciences

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold

SUMMARY

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI With its designation as a product of Protected Designation of Origin Styrian Pumpkin Seed Oil PGI joins the company of products such as Champagne Prosciutto di Parma Prosciutto di San Daniele Greek Feta Cheese and Nuumlrnberger Lebkuchen as one of the most well controlled elite and exclusive European specialities What is significatnt is that the whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

INTRODUCTION

Quality is an issue for every farmer and buyer whether dealing with commodities produced to basic standards or with the high-end quality products in which Europe excels EU farmers must build on high quality reputation to sustain competitiveness and profitability EU law lays down stringent requirements guaranteeing the standards of all European products In addition EU quality schemes identify products and foodstuffs farmed and produced to exacting specifications Thus three EU schemes known as PDO (protected designation of origin) PGI (protected geographical indication) and TSG (traditional speciality guaranteed) promote and protect names of quality agricultural products and foodstuffs

The Protected Geographical Indication (PGI) is the name of an area a specific place or in exceptional cases the name of a country used as a description of an agricultural product or a foodstuff

which comes from such an area place or country

which has a specific quality goodwill or other characteristic property attributable to its geographical origin

whose production processing or preparation takes place within the determined geographical area

In other words to receive the PGI status the entire product must be traditionally and at least partially manufactured (prepared processed OR produced) within the specific region and thus acquire unique properties

61

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI Therefore these regional ties should be preserved in order to protect this typical Styrian speciality Hence in 1996 the EU-Commision declared Styrian Pumpkin Seed Oil PGI as a Protected Geographical Indication with article 5 VO(EWG) Nr 208192 The whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

DESCRIPTION OF THE PRODUCT

The Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a dark viscous edible oil used mainly as salad oil Produced from Styrian pumpkin seeds (Cucurbita pepo var styriaca) which grow without skin using a gentle pressing process The oil is rich in polyunsaturated fatty acids and different highly nutritious ingredients

Styria is a state or Bundesland located in the southeast of Austria In area it is the second largest of the nine Austrian federal-states covering 16388 kmsup2 It borders Slovenia as well as the other Austrian states of Upper Austria Lower Austria Salzburg Burgenland and Carinthia The population (as of 2006) was 1203986 The capital city is Graz Styrian pumpkin seed oil is pressed exclusively in the traditional area in the southern Styria (administrative districts of Deutschlandsberg Feldbach Fuumlrstenfeld Graz and environs Hartberg Leibnitz Radkersburg Voitsberg and Weiz) and in the southern Burgenland (districts of Jennersdorf and Guumlssing) but the skinless pumpkin seed are also cultivated (but nor pressed) by the farmers form some parts of Lower Austria (administrative districts of Hollabrann Horn Mistelbach Melk Gaumlnseradorf - only in the judicial district of Zistersdorf- and Komeuburg-Stockerau - only in the judicial district of Stockerau)

The development of Styrian pumpkin seed oil is closely linked to the history of Styria It has been proved that oil was being pressed from pumpkin seeds as early as the 18th century The traditional pressing process and the cultivation of skinless pumpkin seeds developed in Styria Mechanisation of harvesting and processing also developed there

The predominantly moist warm climate in the cultivated areas (Illyrian lower alpine climate in Styria) means that the Styrian oil pumpkin does not ripen until autumn This produces the high unsaturated fatty acids content Cultivation plays a major economic role in the abovementioned areas maintaining the small farm structure there (cultivated area at present around 10 000 hectares) The production of Styrian pumpkin seed oil is an important employment factor and provides income for about 70 commercial

62

oil mills in adjacent areas threatened by depopulation Additionally the consumers prefer Styrian pumpkin seed oil

PRODUCTION TECHNOLOGY

Tradition plays an especially important role in the production of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI The farmers and oil pressers continue to depend on traditional production practices all the while mixing new technology with their traditional knowledge Because of this traditional philosophy the import of exotic pumpkin seeds is strictly avoided and only domestic pumpkin seeds are used in this product

It all begins with the sowing of the seeds in rows in the end of April or beginning of May The rows are spaced so that it is possible for a mechanical hoe to easily till the soil between them Depending on the weather conditions the harvest takes place between the middle of September and the middle of October When the seeds are planted on smaller fields they are still harvested by hand but when planted on larger fields the seeds are harvested by machines The yield reaches around 400 ndash 900kg pumpkin oil seeds per 1 hectare After they are harvested the seeds are directly washed and dried Then the dried and so well storable seeds are then freshly pressed when the oil is needed Approximately 25-3 kg of these shell-less pumpkin seeds are necessary for 1 Liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI

To the dried ground kernels fresh water and table salt is added to form a soft pulp The pulp is roasted for up to 60 min at temperatures around 100degC which results in coagulation of the protein fraction and permits convenient separation of the lipid fraction by pressing This roasting process is responsible for the generation of the typical aroma of the end product The subsequent pressing process is performed under isothermal conditions at pressures between 300 and 600 bar leading to a dark green oil as the end product Since the pressing process is not exhaustive the remaining pressing cakes still contain considerable amounts of the valuable oil Styrian pumpkin seed oil production is still predominantly handcraft and is performed mostly by small regional oil mills The individual small farmers bring in their dried pumpkin seeds and get back the oil as a service of the mill the latter being either paid or pocketing a small percentage of the product A few oil mills produce the oil after buying the pumpkin seeds from small farms in the region Some bigger farms have their own oil production Automated and continuous production exists only in the very early experimental state and is currently not of any quantitative importance However the latter approach is also undesired since one hallmark of Styrian pumpkin seed oil is its individuality and that it is handcraft As a consequence standardization over the dozens of oil mills and the hundreds of different products that are due to individual pumpkin seed batches is very difficult to achieve

63

CONTROL SYSTEM OF ORIGINALITY OF THE PRODUCT

In order to ensure the high quality of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI an efficient system of controls are in place that comprehensively monitor the domestic pumpkin seeds on their way from the field to the oil press and once in the bottle on to the shops shelves The system of controls depends on the internal controls of each producer in combination with external controls performed by the producers collective as well as by an accredited external organization Currently two companies LACON GmbH (Rohrbach) and SGS Austria Controll-CoGesmbH (Vienna) have the authority to conducta the quality control

DISTRIBUTION OF THE PRODUCT

According to information from the Ministry of Agriculture in Austria there are no concrete data on market shares of pumpkin seeds and pumpkin seed oil Also there are no figures on the export of these products because it does not pumpkins own goods number is Therefore it can be given to this subject at this point only some estimates The Styrian pumpkin seed oil production is marketed in to two-thirds directly by the farmers and in one third by the commercial rail The product is available in all Austrian supermarkets The gastronomy business plays also a relevant role as a key distribution channel According to producers the export share of pumpkin seed oil reaches around 20 percent of total production The main export target countries are as follows Switzerland and Germany and the Asian region The net prices of pumpkin seeds moves between 240euro and 260euro per kilo and one liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI costs about 17-20euro

PRODUCERSrsquo GROUP

An important role plays also the producersrsquo group called Gemeinschaft Steirisches Kuumlrbiskernoumll ggA The group was founded in 1998 and was at the time of the creation there were about 950 members (farmers and oil millers) Because of the strongly growing demand in recent years the membership increased significantly so in 2006 it was to around 1600 members and currently there are approximately 2100 members The major aim of the group is to concentrate on the precisely functioning of the control system to expand the knowledge about the product among consumers and to ensure the high quality of the product Therefore they organise several different events and meetings for variety of people Additionally many oil mills and pumpkin seeds producers run small restaurants with dishes containing the special oil

64

VARIETY OF USES OF THE PRODUCT

The scientists have proven that pumpkin seed oil contains many health benefits

antioxidants A C and E selenium and many phytosterols which help reduce the risk of arteriosclerosis heart disease stroke and cancer and regulate cholesterol levels It contains more vitamin E than sunflower corn or olive oil

vitamins B1 B2 B6 D

minerals such as calcium magnesium iron and phosphor zinc and a wide range of trace elements

high levels of essential fatty acids (second only to flaxseeds) producing prostaglandins which regulate heart rate blood pressure and inflammation and aid in fighting infections

significant amounts of vegetable protein

As a German folk medicine it has been used to treat irritable bowel syndrome and with castor oil to rid patients of intestinal parasites Preliminary studies have shown that pumpkin seeds may reduce the risk and alleviate symptoms of benign prostatic hyperplasia (BPH) and improve prostate health The German Federal Institute for Drugs and Medical Devices found that components of pumpkin seeds have positive effect on the bladder and prostate As a massage oil it purportedly relieves tension headaches muscle pain rheumatic problems sprains and redness As a cream it is used for dry skin care dandruff and is said to help prevent stretch marks

Moreover Styrian Pumpkin Seed Oil PGI can be used in a wide range of dishes including pumpkin seed oil scrambled eggs pumpkin seed oil spread sour sliced beef salad marinated fish or sheeps cheese pumpkin seed oil dumplings pork medallions with pumpkin seed oil butter pumpkin seed oil polenta steak with pumpkin seed oil salads ice cream with pumpkin seed oil pumpkin seed oil parfait pumpkin seed oil cake etc

CONCLUSION

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a true gift from nature It is a guaranteed natural speciality an is produced without the addition of other oils food colourings aromas or preservatives It has a typical and one of a kind character that comes from the Styrian ground it grows on The sun-rich climate as found in the South and East of Austria is in addition to the unique earth a prerequisite for obtaining the high quality of this product The production chain system of the Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is so accurately planned that it can be an ideal model of production for many other producers of foodstuff who want to be competitive in the market

65

REFERENCES

1 Fruhwirth G O Hermetter A Production technology and

characteristics of Styrian pumpkin seed oil Eur J Lipid Sci Technol

110 (2008) 637-644

2 Fruhwirth G O Hermetter A Seeds and oil of the Styrian oil pumpkin

Components and biological activities Eur J Lipid Sci Technol 109

(2007) 1128ndash1140

3 httpswwwdafneatproddafne_plus_commonattachment_download

c497124dba0fed0d5fc1e0292acdec05Endbericht_HCBPDF

30042011

4 httpenwikipediaorgwikiStyria 30042011

5 httpstmkagrarnetinfo 30042011

6 httpwwwLK-STMKat 30042011

7 httpwwwsteirisches-kuerbiskernoel-ggaat 30042011

66

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass

SUMMARY

The results of investigations of compaction of the milled biomass of eight plant species intended for energy spartina giant miscanthus topinambourpolygonaceous Virginia mallow willow rose and as well as maize were introduced in this work Milled plant material was compaction on investigative stand equipped in device with hydraulic piston which was steered by hydraulic attachment The experiments were performed at two duration and the pressures of compaction and the three phases of the pressure piston It was found that different combinations of the above-mentioned factors a very significant impact on the final density of milled biomass Susceptibility to compaction of biomass of individual plant species was varied From knowledge information follow recommendations which may be useful in practice for the pressure agglomeration of biomass in the form of pellets or briquettes

WSTĘP

Uzyskanie biopaliw stałych z roślin energetycznych wymaga zastosowania roacuteżnych procesoacutew rozdrabniania suszenia i ciśnieniowej aglomeracji Surowiec z roślin energetycznych należy do materiałoacutew charakteryzujących się dużą objętością przy małej masie Stwarza to problemy przy transporcie przeładunku oraz zwiększa potrzebny na duże powierzchnie magazynowe Aby w pełni wykorzystać zalety materiału z roślin energetycznych jako paliwa należy poddać go zagęszczaniu podczas ktoacuterego można wytworzyć końcowe produkty takie jak brykiety lub pelety Produkty takie są łatwiejsze w transporcie i mogą być potrzebne mniejsze powierzchnie do ich przechowywania Ponadto energetyczna jakość końcowa peletoacutew i brykietoacutew jest większa niż surowca (Hejft 2002)

W dostępnej literaturze znajduje się mało informacji o cechach i parametrach procesu niskociśnieniowego zagęszczania rozdrobnionej biomasy pochodzącej z roślin energetycznych Dlatego też celem pracy było wyjaśnienie wpływu ciśnienia i czasu zagęszczania oraz liczby faz obciążenia na zmianę gęstości zmielonego materiału spartiny preriowej ślazowca pensylwańskiego miskanta olbrzymiego kukurydzy wierzby wiciowej słonecznika bulwiastego rdestowca sachalińskiego i roacuteży wielokwiatowej

67

MATERIAŁ I METODY

W badaniach wykorzystano materiał organiczny z wierzby krzewiastej topinamburu ślazowca pensylwańskiego spartiny preriowej roacuteży wielokwiatowej rdestowca sachalińskiego miskanta olbrzymiego i kukurydzy Rośliny zebrano z poletek Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach ktoacutera należy do SGGW w Warszawie Do zbioru roślin zastosowano 2-rzędową przyczepianą sieczkarnię polową Z374 wspoacutełpracującą z ciągnikiem Ursus1234 z silnikiem o mocy 85 kW Toporowy zespoacuteł rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w gładką płytkę denną i proste łopatki rzutnika z ostrą krawędzią natarcia Przy prędkości kątowej tarczy 1047 s-1 i 10 nożach oraz prędkości zasilania 082 mmiddots-1 osiągnięto częstotliwości cięcia 167 Hz i teoretyczną długość cząsteczek materiału 49 mm

Zrębki lub sieczkę suszono w naturalnych warunkach do wilgotności 950-1385 i następnie zmielono rozdrabniaczem bijakowym wyposażonym w ekran perforowany z otworami o średnicy 10 mm

Na każdym etapie badań wyznaczono wilgotność materiału roślinnego metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13183-1 W tym celu 3 proacutebki materiału z każdej rośliny o masie 20 g zważone na wadze RADWAG WSP 600C z dokładnością 001 g suszono do stałej masy w temperaturze 105oC

Charakterystykę wymiarową zrębkoacutew lub sieczki bądź zmielonego materiału przeprowadzono na separatorze mechanicznym zgodnie z metodyką ASAE S4241 (ASAE Standard 2003) Do pomiaru rozkładu wymiaroacutew cząstek rozdrobnionego materiału użyto po 5 uśrednionych niezagęszczonych proacutebek o objętości 10 dm3 Czas przesiewania proacutebki kontrolowano stoperem a masę poszczegoacutelnych frakcji cząstek ważono na wadze elektronicznej z dokładnością 001 g Jeśli ilość resztek na sicie goacuternym przekraczała 1 całkowitej masy proacutebki reprezentatywną proacutebkę na tym sicie określono przez ręczny pomiar suwmiarką z dokładnością 01 mm Średnią długość cząstek wyznaczono jako średnią geometryczną Kosz sitowy poruszał się z częstotliwością 24 Hz a czas rozdzielenia każdej proacutebki wynosił 120 s Analizę rozkładoacutew wymiaroacutew cząstek pociętych i zmielonych podano w pracy Lisowskiego i inn (2010)

Zmielony materiał zagęszczano z wykorzystaniem hydraulicznego urządzenia zaprojektowanego w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie i wykonanego przez firmę Rockfin Sp z oo (rys 1-2) Urządzenie ma możliwość regulacji siły nacisku przez zmianę ciśnienia roboczego czasu trwania i liczby faz w cyklu roboczym liczby tych cykli a także zmiany średnicy tarczy dociskającej spełniającej rolę tłoka Urządzenie zagęszczające było podłączone do hydraulicznej przystawki napędowej firmy Rockfin Sp z oo

68

Przed właściwymi pomiarami zagęszczania przeprowadzono kalibrację systemu pomiarowego i jego skalowanie Pozwoliła ona na przekształcenie wartości w mV wskazywane przez przyrządy na określone wartości wielkości fizyczne drogi i ciśnienia wyrażone w odpowiednio w milimetrach i barach

Skalowanie przetwornika przemieszczeń przeprowadzono za pomocą podkładek dystansowych Za punkt 0rdquo ustalono dno cylindra zagęszczającego o wysokości 430 mm i średnicy 280 mm Na dnie cylindra układano stopniowo podkładki o grubości 50 mm do chwili gdy tłok osiągnął goacuterne położenie cylindra Dla każdej skokowej zmiany położenia tłoka rejestrowano wskazania miernika przesunięć i ciśnienia Na tej podstawie wyznaczono liniowe charakterystyki obu miernikoacutew Dla przetwornika przemieszczeń otrzymano roacutewnanie h = 0055U + 2092 R2 = 0999 a dla ciśnienia p = 0031U ndash 6341 R2 = 0999 (gdzie h ndash droga trzpienia przetwornika przemieszczeń w mm U ndash napięcie w mV p ndash ciśnienie w barach) Funkcje odwrotne wykorzystano do wyznaczenia wartości rzeczywistych

Porcję zmielonego materiału roślinnego o objętości 25 dm3 odmierzoną za pomocą naczynia miarowego z dokładnością 01 dm3 ważono z dokładnością 20 g Pojedyncza porcja materiału roślinnego podlegała cyklowi zagęszczenia według nastawionych parametroacutew ciśnienia i czasu trwania zagęszczania Skok tłoka rejestrowano przetwornikiem przemieszczeń co pozwoliło na wyznaczenie gęstości objętościowej materiału roślinnego Jeden cykl zagęszczania materiału składał się z trzech faz nacisku ktoacutere trwały 6 lub 10 s przedzielonych dwiema fazami przerw polegającymi na wycofaniu tłoka trwającymi 5 s Czas trwania jednego cyklu trwał 28 lub 40 s i kończył się całkowitym uniesieniem tłoka i wysunięciem płyty wraz z cylindrem

69

Rysunek 1 System sterujący pracą urządzenia i rejestrujący

wyniki pomiaroacutew

Rysunek 2 Tłok z czujnikiem przemieszczeń podczas

zagęszczania

Pomiar masy zmielonego materiału roślinnego o znanej objętości pozwolił na wyznaczenie gęstości usypowej

V

mm nnp

z

(1)

gdzie

mnp ndash masa naczynia z materiałem roślinnym kg

mn ndash masa naczynia kg

V ndash objętość naczynia m3

Podczas procesu zagęszczania zmienia się gęstość materiału w zależności od drogi tłoka Na podstawie tego można wyznaczyć średnią gęstość materiału ze wzoru

)( 0 hhS

m

(2)

gdzie

m ndash masa zmielonego materiału roślinnego kg

h0 ndash wysokość początkowa materiału w cylindrze m

S ndash pole przekroju poprzecznego cylindra m2

h ndash droga tłoka rejestrowana przetwornikiem przemieszczeń m

Do zagęszczania zmielonego materiału roślinnego zastosowano tarczę dociskową o średnicy 225 mm oraz ciśnienie zagęszczania 70 lub 190 kPa

70

ktoacuteremu odpowiada ciśnienie w siłowniku hydraulicznym odpowiednio 22 i 60 bar oraz siła nacisku na materiał odpowiednio 278 i 755 kN

Dla każdej z roślin wykonano po trzy proacuteby zmieniając w kombinacji czas i ciśnienie co łącznie dawało 12 pomiaroacutew dla każdego rodzaju materiału W sumie dla ośmiu roślin wykonano 96 pomiaroacutew

Urządzenie zagęszczające wspoacutełpracowało z komputerem wyposażonym w program sterujący (rys 1) Przetworzone sygnały pomiarowe z czujnikoacutew przemieszczenia i ciśnienia zapisywano na dysku komputera ktoacutere transponowano za pomocą napisanych makr na wartości wielkości fizyczne Dla każdego układu pomiarowego sporządzono wykresy zagęszczania będące charakterystykami zmian ciśnienia i przemieszczenia od czasu działania tłoka na materiał roślinny (rys 3)

Rysunek 3 Przykładowe przebiegi zmian zagęszczania rozdrobnionego materiału roślinnego czas zagęszczania 10 s czas odprężenia 5 s

ciśnienie zagęszczania 190 kPa p ndash ciśnienie h ndash wysokość warstwy materiału roślinnego A ndash początek zagęszczania B-C E-F H-I ndash czas zagęszczania przy stabilnym obciążeniu odpowiednio dla pierwszej drugiej i trzeciej fazy cyklu C-D F-G ndash cofnięcie tłoka (odprężenie

materiału) D-E G-H ndash ponowny nacisk tłoka na materiał roślinny I ndash koniec zagęszczania dla jednego cyklu

Dla każdego odcinka zagęszczania przy stabilnym obciążeniu tłoka B-C E-F H-I (faza cyklu) oszacowano roacutewnania regresyjne zmian gęstości materiału roślinnego od czasu (3 roacutewnania dla każdego cyklu) Parametry roacutewnań wykorzystano do wyznaczenia gęstości materiału na początku i końcu ruchu roboczego tłoka oraz gęstości końcowej zagęszczonego materiału roślinnego w cylindrze Otrzymane wartości gęstości dla zmielonego materiału roacuteżnych roślin oraz dla ciśnienia zagęszczenia (70

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h m

m p

bar

A

BC

D

E F

G

H I

71

i 190 kPa) czasu nacisku (6 i 10 s) i fazy cyklu (1 2 3) opracowano metodami analizy statystycznej z wykorzystaniem pakietu komputerowego Statistica v90

WYNIKI I DYSKUSJA

Na podstawie wynikoacutew analizy wariancji (tab 1) można stwierdzić że na zroacuteżnicowanie wartości gęstości materiału miały statystycznie wysoce istotny wpływ wszystkie czynniki głoacutewne rodzaju rośliny ciśnienie czas i faza zagęszczania Interakcje podwoacutejne i niemal wszystkie potroacutejne okazały się statystycznie istotne Interakcja potroacutejna ciśnienie - czas - faza dla ktoacuterej krytyczny poziom istotności wynosił 0056 była na granicy istotności

Tabela 1 Wyniki analizy wariancji dla końcowej gęstości biomasy w zależności od badanych czynnikoacutew

Czynnik Suma

kwadratoacutew

Liczba stopni

swobody

Średni kwadrat

Wspoacutełczynnik Femp

Krytyczny poziom

istotności

Czynniki głoacutewne

A roślina 157120 7 224457 1636 gt00000

B ciśnienie 155199 1 221712 1616 gt00000

C czas 628692 1 449066 3273 gt00000

D faza 291251 2 291251 2123 gt00000

Interakcje

AtimesB 157120 7 224457 1636 gt00001

AtimesC 155199 7 221712 1616 gt00001

AtimesD 628692 14 449066 3273 gt00001

BtimesC 291251 1 291251 2123 gt00001

BtimesD 688352 2 344176 2509 gt00001

CtimesD 114929 2 574644 4188 gt00001

AtimesBtimesC 117917 7 168453 1228 gt00001

AtimesBtimesD 944091 14 674351 492 gt00001

AtimesCtimesD 983682 14 70263 512 gt00001

BtimesCtimesD 803321 2 40166 293 00560

AtimesBtimesCtimesD 182485 14 130347 095 05065

Reszta 259313 189 137202

Ogoacutełem 209341E6 284

Na podstawie wynikoacutew szczegoacutełowej analizy przeprowadzonej testem Duncana można stwierdzić że najmniejszymi wartościami gęstości cechował się zmielony materiał topinambura i ślazowca pensylwańskiego tworząc grupę jednorodną dla tych roślin (tab 2) Klejoną grupę jednorodną

72

utworzyły wartości gęstości zmielonego materiału miskanta i rdestowca Dla pozostałych roślin wyodrębniono indywidualne grupy wartości gęstości zmielonego materiału

Tabela 2 Test Duncana dla czynnika roślina

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

Roślina

topinambur 33 172152 207065 X

ślazowiec 36 173912 195222 X

miskant 36 184423 195222 X

Rdest 36 187346 195222 X

kukurydza 36 236196 195222 X

spartina 36 248142 195222 X

wierzba 36 354262 195222 X

roacuteża 36 379467 195222 X

Na podstawie szczegoacutełowej analizy wartości średnich gęstości zmielonego materiału roślinnego można stwierdzić że statystycznie istotnie roacuteżniły się one dla kolejnych faz zagęszczania (tab 3)

Dla poszczegoacutelnych czynnikoacutew głoacutewnych i ich poziomoacutew obliczono średnie wartości gęstości końcowej zgęszczonego materiału roślinnego (tab 4) W tabeli tej zestawiono roacutewnież wartości błędoacutew standardowych i zakresy zmienności gęstości obejmujące 95 rozkłady średniej z proacuteby Dla poszczegoacutelnych roślin wyznaczono gęstość początkową będącą gęstości nasypową i w odniesieniu do końcowej gęstości zagęszczonego materiału obliczono przyrost gęstości w procentach

Tabela 3 Test Duncana dla czynnika faza zagęszczania

Faza Liczebność Średnia kgmiddotm-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

1 95 220452 120479 X

2 95 249228 120479 X

3 95 256282 120479 X

73

Tabela 4 Gęstość początkowa i końcowa zmielonego materiału oraz dolne i goacuterne wartości zakresu gęstości wraz z błędami standardowymi dla

czynnikoacutew głoacutewnych

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3

Błąd standardowy

kgmiddotm-3

Dolna wartość

kgm3

Goacuterna wartość kgmiddotm

-3

Gęstość nasypowa

kgmiddotm-3

Przyrost gęstości

Średnia ogoacutelna

285 241987

roślina

Topinambur 33 172152 207065 168067 176236 10275 67

ślazowiec 36 173912 195222 170061 177763 7233 240

Miskant 36 184423 195222 180572 188274 6583 180

Rdest 36 187346 195222 183495 191197 11823 58

kukurydza 36 236196 195222 232345 240046 9447 150

spartina 36 248142 195222 244291 251993 6834 263

wierzba 36 354262 195222 350411 358113 19201 84

roacuteża 36 379467 195222 375616 383318 26451 43

ciśnienie

70 144 220166 0976112 218241 222092

190 141 263808 0991247 261853 265764

czas

6 141 234510 0991247 232555 236465

10 144 249465 0976112 247539 25139

faza

1 95 220452 120479 218075 222829

2 95 249228 120479 246851 251605

3 95 256282 120479 253906 258659

Analizując całościowo otrzymane wyniki badań można stwierdzić że najmniejszą gęstość końcową 1561 kgmiddotm-3 uzyskano dla zmielonego materiału topinambura przy ciśnieniu zagęszczania 70 kPa i czasie zagęszczania 6 s a największą 4037 kgmiddotm-3 dla roacuteży przy parametrach 190 kPa i 10 s

Wystąpiła też prawidłowość że jeśli ciśnienie oddziałujące na materiał było stałe to gęstość wzrastała tylko do charakterystycznego dla danej materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu obciążenia nie wpływało już istotnie na zagęszczanie (Hejft i Obidziński 2007)

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian ciśnienia w zakresie 70-190 kPa cechował się materiał kukurydzy ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2059 kgmiddotm-3 do 2665 kgmiddotm-3 (o 29) a najmniejszą materiał ślazowca (z 1626 kgmiddotm-3 do 1882 kgmiddotm-3 czyli o 16)

74

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian czasu obciążenia w zakresie 6-10 s cechował się materiał spartiny ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2237 kgmiddotm-3 do 2718 kgmiddotm-3 (o 21) a najmniejszą materiał roacuteży gdyż gęstość praktycznie nie zmieniała się i wynosiła około 3795 kgmiddotm-3 Zmiana gęstości końcowej zagęszczanego materiału ślazowca była roacutewnież w zakresie błędu pomiarowego i wynosiła około 1739 kgmiddotm-3

Dla miskanta olbrzymiego kukurydzy i ślazowca pensylwańskiego przy zagęszczaniu biomasy przez czas 6 s w pierwszej fazie nacisku tłoka oddziaływanie obciążenia było zbyt kroacutetkie i nie wystąpiła stabilizacja zagęszczania (rys 4a) Zjawisko takie miało miejsce zaroacutewno przy ciśnieniu 70 kPa jak i 190 kPa Dopiero przy 10 sekundowym zagęszczaniu we wszystkich trzech fazach następowała stabilizacja ale w pierwszej fazie nacisku tłoka czas tej stabilizacji był kroacutetszy niż przy kolejnych (rys 4b) Dla rdestowca topinambura oraz wierzby brak stabilizacji zagęszczania w pierwszej fazie obciążenia zaobserwowano tylko podczas kroacutetkotrwałego nacisku tłoka 6 s i przy największym ciśnieniu 190 kPa (rys 5) Dla zmielonego materiału roacuteży występowała kroacutetka stabilizacja już podczas pierwszej fazy nacisku (rys 6) W przypadku spartiny preriowej w żadnym przypadku nie następowała stabilizacja w pierwszej fazie a przy ciśnieniu 190 kPa i czasie obciążenia 6 s nawet w drugiej fazie nacisku tłoka nie osiągano stabilizacji zagęszczenia (rys 7)

Mimo że obciążenie biomasy tłokiem odbywało się przy stałym ciśnieniu utrzymywanym zaworem proporcjonalnym to w zakresie charakterystyki dynamicznej zaworu występował wzrost gęstości materiału Spowodowane było to relaksacją naprężeń między jego cząsteczkami Ta relaksacja naprężeń zwiększała się po cofnięciu tłoka po fazie zagęszczania i materiał nieznacznie się rozprężał W kolejnej fazie nacisku dochodziło do dalszego wzrostu zagęszczania materiału Znacznie większe roacuteżnice między gęstości materiału zachodziły przy większym ciśnieniu zagęszczania (190 kPa) niż przy mniejszym (70 kPa)

Dynamika zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślinnego była większa dla czasu zagęszczania 10 s niż dla 6 s i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wynosiła odpowiednio 223 i 172

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

75

Rysunek 4 Charakterystyka zagęszczania przy ciśnieniu 70 kPa dla a) kukurydzy w czasie 6 s b) miskanta w czasie 10 s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

Rysunek 5 Charakterystyka zagęszczania materiału rdestu w czasie 6 s a) przy ciśnieniu 70 kPa b) przy ciśnieniu 190 kPa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h m

m p

bar

h

p

h_1h_2h_3

Rysunek 6 Charakterystyka zagęszczania materiału roacuteży przy

ciśnieniu 70 kPa w czasie 6 s

Rysunek 7 Charakterystyka zagęszczania materiału spartiny

przy ciśnieniu 190 kPa w czasie 6 s

Największe zmiany w wartościach gęstości zmielonego materiału roślin wystąpiły w pierwszej fazie nacisku tłoka i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wskaźnik dynamiki zmian gęstości wynosił 146 a w zakresie zmian czasu zagęszczenia 6-10 s wynosił 161 Dla drugiej i trzeciej fazy zagęszczania wskaźnik dynamiki zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślin był podobny ale dla obu faz w zakresie zmian badanego ciśnienia cechował się większą progresją niż w zakresie zmian czasu zagęszczania i wynosił odpowiednio 222 i 24

Na podstawie wynikoacutew zamieszczonych w tabeli 1 można stwierdzić że najbardziej podatnym materiałem na zagęszczanie była spartina preriowa W odniesieniu do gęstości nasypowej przyrost gęstości końcowej zmielonego materiału spartiny preriowej wynosił 263 Był to jedyny materiał ktoacutery zachował progresję zmian gęstości aż do drugiej fazy zagęszczania co uzasadnia potrzebę wydłużania czasu obciążenia Zmielony materiał spartiny zawierał największy udział (47) cząstek najmniejszych poniżej 165 mm (Lisowski i in 2010) Tylko nieznacznie

76

mniejszą podatnością na zagęszczanie cechował się zmielony materiał ślazowca (240) Kolejno w rankingu podatności na zagęszczanie zajęły miejsca materiały miskanta (180) kukurydzy (150) wierzby (84) topinamburu (67) rdestowca (58) i roacuteży (43)

Zmielony materiał roacuteży miał największą gęstość nasypową (2645 kgmiddotm-3) gdyż średni wymiar cząstek wynosił 246 mm (Lisowski i in 2010) co umożliwiało łatwiejsze upakowanie cząstek w stanie zsypnym Dlatego też nie było zbyt wiele wolnych przestrzeni pozwalających na przesunięcie i zagęszczenie cząstek pod wpływem zewnętrznego obciążenia Roacuteża zawierała dużą ilość tkanek zdrewniałych z twardym rdzeniem ktoacuterego zgniecenie nie było możliwe pod wpływem nacisku o stosunkowo małym ciśnieniu 190 kPa

Materiał wierzby zawierał roacutewnież dużą ilość tkanek zdrewniałych ale wymiary cząstek były większe (313 mm) i ze względu że roślina była zbierana w cyklu jednorocznym to zawierała dużą ilość długich części włoacuteknistych (Lisowski i in 2010) Mieszanina zmielonego materiału wierzby była pod względem wymiaroacutew cząstek mniej jednorodna niż roacuteży Zawierała ona więcej wolnych przestrzeni i dlatego gęstość nasypowa była mniejsza niż dla roacuteży i wynosiła 1920 kgmiddotm-3 Pod wpływem poroacutewnywalnego obciążenia zmielony materiał wierzby zagęścił się do zbliżonej wartości (3543 kgmiddotm-3) jak roacuteży (3795 kgmiddotm-3) ale przyrost zagęszczenia był niemal dwukrotnie większy

PODSUMOWANIE

Na podstawie wynikoacutew badań można stwierdzić że charakterystyki zagęszczania zmielonego materiału z roślin energetycznych były zroacuteżnicowane dla rodzaju rośliny i statystycznie istotny wpływ na gęstość końcową biomasy miało zaroacutewno ciśnienie jak i czas zagęszczania Biomasa pochodząca z traw o małej gęstości nasypowej była bardziej podatna na zagęszczanie ale w celu ustabilizowania się zagęszczenia wymagała dłuższego czasu obciążenia

Zdrewniała biomasa roacuteży i wierzby ze względu na dominujący udział ścian komoacuterkowych zbudowanych z ligniny powiązanych celulozą i hemicelulozą cechowała się dużą twardością i mniejszą plastycznością dlatego też przyrost gęstości końcowej zagęszczonego materiału był najmniejszy w stosunku do gęstości nasypowej

Potwierdzono że przy stałym ciśnieniu działającym na biomasę gęstość wzrasta tylko do charakterystycznego dla każdego materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu nie wpływa już istotnie na zagęszczanie

Zmielony materiał roacuteży i wierzby może być zagęszczany przez 10 s ale dążąc do zwiększenia gęstości końcowej biomasy wskazane byłoby zastosowanie ciśnienia co najmniej 190 kPa

77

Zmielony materiał spartiny o najmniejszej gęstości nasypowej powinien być zagęszczany przez co najmniej 30 s Biomasa tego rodzaju jest najbardziej wrażliwa na wydłużenie czasu obciążenia

Zmielony materiał z pozostałych roślin (miskant topinambur ślazowiec rdestowiec kukurydza) może być zagęszczany przez 20 s gdyż dalsze wydłużenie czasu wywierana nacisku nie zmienia w sposoacuteb istotny gęstości końcowej biomasy

Największe zmiany gęstości biomasy uzyskano w kolejności dla spartiny preriowej (263) ślazowca pensylwańskiego (240) miskanta olbrzymiego (180) kukurydzy (150) wierzby wiciowej (84) słonecznika bulwiastego (67) rdestowca sachalińskiego (58) i roacuteży wielokwiatowej (43)

LITERATURA

1 ASAE Standards 2003Method of determining and expressing

participle size of chopped forage materials by screening ASAE S4241

In ASAE Standards 2003 American Society of Agricultural Engineers

St Joseph Michigan 2 February 03 s 595

2 HEJFT R 2002 Ciśnieniowa aglomeracja materiałoacutew roślinnych

Politechnika Białostocka Białystok 2002 ss 257 ISBN 83-7204-251-

9

3 HEJFT R OBIDZIŃSKI S 2007 Produkcja granulatu i brykietoacutew

w aspekcie cech jakościowych (Production of pellets and briquettes in

aspects of quality characteristics) Czysta Energia 2007 6 (56) ISSN

1643-126X PNndashEN 13183ndash1Wilgotność sztuki tarcicy Część 1

Oznaczenie wilgotności metodą suszarkowondashwagową

4 SKONECKI S 2004 Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania

materiałoacutew roślinnych Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej

w Lublinie 2004 ss 89 ISSN 0860-4355

78

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of automatic and robotic systems by academician (Ukraine)

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production

ABSTRACT

The synthesis of digital controllers operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system of biogas installation is considered The comparative characteristics of automatic control systems based on PID-controller and fuzzy controller are outlined

INTRODUCTION

Currently much attention is paid to the development and use of alternative energy sources One of the ways of supplement and partial replacement of traditional fuel kinds in rural areas is biogas use Biogas is a gas that is released during decomposition of organic substances Unlike natural gas it can be obtained in industrial conditions by fermentation of organic waste and specially grown energy crops Biogas consists of 50-70 of methane (CH4) and 50-30 of carbon dioxide (CO2)

Being close to natural gas characteristics biogas can be used for the same purpose (production of electricity heat as automobile fuel etc) and with proper clearance is identical to his staff The actuality of this research makes the following a reduction of technological environmental

alternative energy supply of cattle farms production of the high quality

organic fertilizers organic waste recycling germinating ability reduction of weed seeds organic waste processing etc

The analysis of recent research shows that in spite of the large number of publications concerning the creation and use of biogas facilities [1-3] nowadays the adaptive systems of temperature control in facilities for biogas production are not fully developed Due to the growing relevance of research topic the aim is to consider the issues of digital controller operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system in biogas facilities

THE RESEARCH OBJECTIVES

The main task of designers during the creation of biogas installation control system is to maintain a constant temperature throughout the bioreactor capacity Depending on the substrate temperature methanogenic bacterias

79

are psihofilic that can live at a temperatures between +5 deg C to +20 deg C mesophilic living at temperatures from +30 deg C to +42 deg C thermophilic living at temperatures from +54 deg C to +56 deg C Methanogenic bacteria breed very slowly and do not stand sudden temperature changes Any sudden changes in temperature adversely affect the fermentation process Each mode of fermentation is tolerable to the temperature fluctuation between plusmn 3 degC Metabolic activity of the anaerobic bacteria is directly dependent on environmental temperature According to recent research while increasing the temperature and gas output decomposition of organic matter increases too When the temperature decreases to 15 degC the fermentation process stops completely [3-5] The prompt temperature decline in bioreactor occurs during loading a new substrate especially in wintertime It causes the need for adaptive temperature management system within bioreactor depending on the temperature of the substrate that is loaded

To develop an adaptive control system for bioreactor temperature the following tasks should be solved

to analyze and identify characteristics of the control object

to develop a mathematical model of adaptive systems with fuzzy regulator in facilities for biogas production

1 ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE CONTROL OBJECT

Technical options for realization biomass methanogenesis quite a lot from constructively simple not professionally manufactured units and ending with technologically perfect long-term continuous facilities using advanced and automated systems

Scheme of a typical industrial installation for the production and use of biogas irrespective of the method of fermentation involves the following technical equipment

tanks and equipment for the collection and preparation of raw materials

fermentation chamber with heating devices

tanks for biogas and gas installations with equipment for cleaning and counting the number of produced gas

containers for disposal and storage of masses perebrodyla

80

Fig 1 Schemebiogas plantwithcomposting

1 ndash farm 2 ndash pipeline from farm 3 ndash the previous tank 4 ndashfeeding the pipeline 5 ndashtank processed biomass 6 ndashdrain pipe 7 ndash camera for

fermentation 8 ndashswitch flame 9 ndashdesulfator 10 ndash dehidrator 11 ndashgas meter 12 ndashtop weight of showers 13 ndashfeeding pipeline 14 ndashpipeline for gas 15 ndashwater boiler 16 ndash fuse 17 ndashswitch flame 18 ndashgas tank 19 ndash

heater 20ndashpipelinesfor mixing 21 ndashcamera for manure 22 ndashcompost area 23 ndashfan 24 ndashtractor with loader + manure spreader

The optimal temperature for mesophilic fermentation of biomass is about 35 deg C This temperature impossible to receive even in summer so all biogas units typically have a heating device The most commonly used water heaters and sometimes - heat exchangers The cost of heat for keeping the fermentation process depends on the effectiveness of methane fermentation and as constructional solution tank for fermentation (thermal insulation) For heating water instead of biogas produced electrical energy is sometimes used getting it from the mains or from wind powerIn this biogas reactor using internal exchangers (in the form of cylinders or spirals placed in the center of the camera fermentatsiynoho tank) and regardless of the type exchanger the temperature of water flowing in them should not exceed 80 deg C which retains the biological process of fermentation

Biomass temperature in the investigated bioreactor regulating by changing the amount of hot water heaters in a heat exchangerIn this case the bioreactor as an object of temperature control as a regulatory body will have a crane in the main hot water from water heating boiler with radiators Constant temperature hot water provided by SAP water heating boiler valve opening leads to an increase in traffic through the hot water heater

81

and increase the amount of heat is supplied to the bioreactor and vice versa Governing action is formed by a temperature in the form of rotation

flaps to an angle valve φкр

Themaindisturbingactionsontheobjectofregulation causingthetemperaturechangeofbiomassin a reactorat a constantvalueofmanagingtheimpactφкр = constistheatmosphericconditions(temperature humidity etc)

Manageablesizeof theobjectisthe temperatureinside

thebiomassbioreatoruТв

Thusstructuraland functionalcircuitsbioreactoras an object ofregulationwill

look like

Fig2 Structural-functionaldiagram ofbioreactor

Forobjectmanagementin a systemof automatic controlbioreakorombiogas

plantcanuseanalog ordigitalPI-regulators Studyofthese-

regulatorsshowsthatthe transition in

thesystemareverylargereregulation(50) and largetimeadjustment(100 c) [5] Thereforethe implementationis more

suitablemesophilicfermentationregimeusingfuzzycontrollers

2 MODELING FUNCTION THE ADAPTIVE SYSTEM WITH FUZZY CONTROLLER INTO THE PLANT FOR BIOGAS

Functional diagram of the adaptive management system based on fuzzy logic is shown in Fig 3

The scheme consists of a comparator a fuzzy controller FC facility management and CO feedback

Fuzzy-controlerconsists three main parts - fuzzyficatio block the formation of logical decision inferenceand the block where defuzzyfication

BIOREACTOR

F

φкр Tв

82

Fig 3 Functionaldiagramofthe adaptivemanagement

Fuzzy controller FC practicallyimplementedon

a microcomputer(ormicroprocessor) and runsin a discrete mode because automatic control systemwithfuzzycontrollercontainsmicrocomputerdevicewiththe

objectmanagement- analog-digital converterADCanddigital-

analogconverterDAC(see Fig 4 whichshows a block diagram ofcontrol

systemwithfuzzycontrol)

ADCdivides thecontinuous failure )()()( txtut of thedivisionstepIAsthe

first andsecondderivativesof theerrorsare usuallycalculatedfirst

andseconddifferenceinformulas

hkkk )]1()([)(

2)]2()1(2)([)]1()([)( hkkkhkkk -

quantizederrorat the inputADC DACwas

theusuallyzeroorderreleaseof thetransfer function sesH hs )1()(

Fig 4 Blockdiagramofadaptivecontrolwithfuzzy controller FC

Let us note some features of fuzzy controller FC operates in discrete mode so every step of the quantization hit must take the necessary deductions FC handles all input variables so it can provide

u(t)

FC Comparator

Fuzzy controller

Box of defuzzy-fication

Box of fuzzy-ficatio

CO x(t)

u(t)

G0(s)

x(t) FC

H(s)

Estimat

e

Retainer DAC

Control

Object

θ(t)

h

θ(k) m(k) m(t)

(k)

(k)

83

additional variables that characterize the processes in facility management and thus provide a wider effect on the dynamics of control FC system usually stand in the ratio of modified object management due to the nature of fuzzy rules of operation Traditional methods describe the regulators for example using transmission functions for FC are not appropriate and not necessary FC is nonlinear and its feature is the lack of dynamics in the FC Lack of memory and the procedure for designing and describing management process characterized by linguistic rules are the main features of FR

Fuzzy controllers are implemented in practice usually in the form of high-level software such as ldquoPassalrdquo which provides greater flexibility in their setup [6] The simulation results and test management system that includes fuzzy closed-loop controller may change the quantity ranges of linguistic variables membership function and modify the base rules in order to attract the expected result control

Fuzzycontrollersareof interestprimarilytomanageobjectsthat are

eithernotexposedorexposed toformalized descriptionandwith great difficulty but evenapplytodomainobjects forwhichmathematical modelsare obtained theseregulatorsare oftendominated byotherssothatallow

forbetterquality(fewer errorsin thetransitionandsetmodes) automatic

control systems

Forease ofsolution of the problemof synthesisof fuzzycontrollerwould

bethatthe numberof termsby which theestimatedlinguisticparameters (input andoutputparameters offuzzycontroller) the errorsystem speed

ofmeasurements(first derivative) of error acceleration(second

derivative) of error managementactsonan objectmminimum etc is 2

Reflectedranges ][ maxmin ][ maxmin ][ maxmin і ][ maxmin mm - changes

ininputandoutputparameters of a singleuniversalset Conversion of

a fixedvalue ][ віHii xxx eachlinguisticvariable 4nn1ixi appropriate

element u [01] determinedthe

expression )()( НівіНіii xxxxu bywhichwe find

)()(

)()(

)()(

minmaxmin3

minmaxmin2

minmaxmin1

u

u

u

(21)

)()( minmaxmin mmmmuc (22)

84

On thesetU = [01]Set thetwofuzzysubsets membership function(MF) arein a triangularshapeshownin Fig 5

ForanalyticalexpressionsproposeduseMF equationline

passingthroughpointswithcoordinates )u(і)u( 2211 whichareas

follows

)(])[()( 12122112 uuuuuu (23)

Then according toFig 5 we obtainthe followingMF foreachlinguisticvalue

]10[)(]10[1)( 21 uuuuuu (24)

Fig 5 Membership function

WhenfastingvirginsonFuzzy controller (FC) values ofinput

variables і intoquantizationstephcalculationvalues

321 іuuu

bythe formulas(21) andMF

21)( juj

the formulas(24)

Form thelinguisticcontrolrule(working normally) fuzzy controller in the form

If )(1

ja і )(2

ja і )(3

ja то )(

j

cam 21j (25)

wherejj

aa21

andj

a3-linguisticsketcheserrorrateof change(first derivative)

error ofthe second derivativeof errorare considered

85

asfuzzysetsdefinedonuniversalset 21 j j

ca -the linguisticevaluation

ofmanagementactionson theobjectarechosenfromthe set ofvariable-term т

Linguisticevaluationof thechosentermsetsandlinguisticvariables and

m

ijm negative(1) positive(2)

In otherwordsall ofthe signals(as defined above linguisticvariables) in

theautomatic control systemis

characterizedasnegative( 1j )orpositive( 2j )

Let )( i

j x the membership function parameter ][ віHii xxx fuzzy terms

2131 jiа j

i And )( оь

that depends on three variables

)( 321 xxx membership function parameters of the vector

solution (control action on the selected object) 21 jm jis determined

from the system of fuzzy logic equations

)()^()^()( 321321 xxxxxx jjjjm

(26)

Thus )( 321

1

xxxm

-membership functionoffuzzycontrolnegative

)( 321

2

xxxm

-the managementof themembership functionof fuzzy

setspositive The resultingfunctions for thecontrol actionin

accordancewith theworkingruleFR is recorded as

)()()( 321321321

21

xxxvxxxxxxmmm

(27)

Inexpressions(36) and (37) ^-logicaland v - logicalor

Dependingonlinguisticrulesupravlennya formalizedsystems

offuzzysets(26) membership functionof the control action

)(1 uс fuzzysetnegative valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

1

2

1

1

1 uuuA (28)

membership function and managing the impactof )(2 uс fuzzy setspositive

valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

2

2

2

1

2 uuuB (29)

The resultingfunctions for thecontrol actionon thebasis ofexpression(37) is defined as

86

)()()( 21 uvuu ccс (210)

that isgettingthe formation maximum(solidlineinFig 5)

)]()(max[)( 21 uuu ccс (211)

Todeterminethe specific valueof the control actionis formed the resulting figure the resultinglimitedMF

We searchabscissacenter of gravity resultingfigurebythe formula[10]

N

k

kkkk

kkkk

N

k

kkkk

c

bbaa

baabaaaa

u

1

11

11

1

11

))((

])2()2)[((

(212)

where N - number of vertices ka kb - vertex coordinates transforming

shapes

Getting the value 1

cu based on formula (22) becomes the value of the

control action on the object management

cummmm )( minmaxmin (213)

CONCLUSION

Thus theoretically the possibility of improving the temperature control in the

bioreactor biogas plant based on fuzzy controller The mathematical model of temperature processes to increase productivity of biogas reactors with recycling of organic waste in the bioreactor based on the theory of fuzzy logic and linguistic variables Using this methodology takes into account the impact of qualitative and quantitative factors in the process of thermal stabilization of anaerobic processes Found that by the introduction of biogas plant biogas fuzzy controller to rise by over 10

REFERENCES

1 ГелетухаГГ МарценюкЗА

ЭнергетическийпотенциалбиомассывУкраине

Промышленнаятеплотехника minus 1998 minus 4 minus

С 52ndash55

2 СоуферС ЗаборскиО Биомассакакисточникэнергии Пер зангл

М Мир 1985 ndash 368 с

87

3 МовсесовГ Е

Биогазовыеустановкидляпереработкиорганическихотходовфермер

скиххозяйств Сотрудничестводлярешенияпроблемотходов

Материалы IV Международной конференции ndash Х ЭкоИнформ

2007 ndash С 176 ndash 179

4 Сербін ВА Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в

системах ТГВ Навч посібник ndash Макіївка ДонДАБА 2003 ndash 153 с

5 Гостьев ВИ Система регулирования температуры теплоносителя

на выходе смесителя нечеткими регуляторами

Радиоэлектроника Информатика Управление- 2005-2 ndash

С26-29

6 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

7 Панцхава ЕС Кошкин НЛ Биоэнергетические установки по

конверсии органических отходов в топливо и органические

удобрения Теплоэнергетика ndash 1993 ndash 4 ndash С 20ndash23

8 Ратушняк ГС Джеджула ВВ Підвищення продуктивності

біогазового реактора управлінням параметрами

вільноконвективнихпроцесів теплообміну Вісник Хмельницького

національного університету ndash 2006 ndash 2 ndash С 29ndash32

9 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

10 Гостьев ВИ Нечеткие регуляторы в системах автоматического

управления-К laquoРадиоаматорraquo 2008 - 972с

11 Fand RU Kaye J Acoustic streaming near a heated cylinder The

journal of the acoustical society of America ndash 1966 ndash Vol 32 5 ndash Р

579ndash 584

88

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł

Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym

WSTĘP

Rozpatrując specyfikę polskiego rolnictwa z dużą liczba właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych mamy do czynienia z dużą grupą użytkownikoacutew ciągnikoacutew rolniczych i pojazdoacutew napędzanych silnikami wysokoprężnymi często o niezbyt zaawansowanych rozwiązaniach technicznych Wielu z nich może zajmować się uprawą rzepaku na swoich polach a uzyskane w ten sposoacuteb nasiona można przetransportować do znajdującej się niedaleko tłoczni i otrzymać olej rzepakowy w zamian za dostarczony plon Taka grupa rolnikoacutew może zrzeszyć się w grupę producencką ktoacutera wykorzystywałaby naturalny olej rzepakowy w mieszaninie z olejem napędowym do zasilania własnych silnikoacutew wysokoprężnych omijając w ten sposoacuteb konieczność stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych silnikoacutew [Bocheński 2003] Stosując takie rozwiązanie rolnicy mogliby liczyć na obniżone koszty eksploatacji Do tego dochodzi ważny element a mianowicie zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez stosowanie bezpieczniejszego paliwa oraz ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie czy spalanie czystego oleju rzepakowego w poroacutewnaniu z olejem napędowym wykaże roacuteżnice w wytwarzaniu energii cieplnej przez silnik W pracy została zastosowana metoda nieinwazyjna pomiaru temperatury powierzchni przy użyciu kamery termowizyjnej VIGOcam V50 Wykonując pomiary termograficzne należy zwroacutecić uwagę na parametry materiałoacutew ktoacuterych zbudowany jest obiekt (emisyjność) oraz parametry otoczenia (temperaturę wilgotność) [Minkina 2004]

CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem samochodu osobowego marki Ford Fiesta 18 D wyposażonego w dodatkową instalację do zasilania silnika czystym olejem rzepakowym Przykładowy schemat układu adaptującego standardowy układ zasilania dla potrzeb zasilania silnika czystym olejem rzepakowym przedstawia Rysunek 1

89

Rysunek1 Przykładowy schemat układu zasilania dwupaliwowego

METODYKA BADAŃ

W ramach badań przeprowadzono dwie proacuteby określenia rozkładu temperatury zewnętrznej silnika wysokoprężnego zasilanego olejem napędowym oraz czystym olejem rzepakowym

pierwsza proacuteba była wykonana w ustalonych warunkach pracy silnika (silnik osiągnął wymaganą temperaturę pracy) i przy zmianach w rodzaju paliwa zasilającego silnik zmiany paliwa zasilającego układ wtryskowy były dokonywane w pewnych odstępach czasu w celu uzyskania pomiaroacutew na paliwie jednorodnym (czas ten był potrzebny do oproacuteżnienia pompy wtryskowej z pozostałości poprzedniego paliwa) fotografie pracującego silnika były wykonywane przez kamerę w odstępach czasowych 5 sekund

druga proacuteba polegała na pomiarze zmian temperatury zewnętrznej silnika od momentu rozruchu (zimny start) do osiągnięcia optymalnej temperatury pracy przez silnik na wybranym rodzaju paliwa zasilającego a w końcowej fazie trwania proacuteby następowała zmiana paliwa zasilającego przy tej proacutebie wykonano dwa pomiary pierwszy pomiar przy zasilaniu układu wtryskowego olejem napędowym a drugi

ndash przy zasilaniu czystym olejem rzepakowym zdjęcia pracującego silnika były wykonywane przez kameręw odstępach czasowych 5 sekund

90

Rysunek 2 Widok stanowiska na ktoacuterym wykonano pomiary rozkładu temperatury silnika

WYNIKI BADAŃ

Rysunek 3 Przykładowy termogram silnika z przeprowadzonych badań

91

Powyższy rysunek przedstawia obraz termograficzny pochodzący z kamery VIGOcam V50 Kolory jaskrawe (żoacutełty i pomarańczowy) odzwierciedlają temperatury wysokie na powierzchni bloku silnika i oscylują w przedziale 70-90 degC a roacuteżnym odcieniom fioletowego odpowiadają temperatury w granicach 30-50 degC

Rysunek 4 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem rzepakowym (dla całego obszaru silnika)

Rysunek 5 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem napędowym (dla obszaru wtryskiwacza)

WNIOSKI

1 Pomiar temperatury zewnętrznej powierzchni w skład ktoacuterej wchodzą elementy z roacuteżnych materiałoacutew za pomocą kamery termograficznej jest trudny do realizacji z powodu roacuteżnej emisyjności materiałoacutew z ktoacuterych wytworzony jest dany obiekt Roacuteżna emisyjność powierzchni

92

materiałoacutew jest głoacutewną przyczyną błędoacutew pomiarowych ktoacutere mogą wynieść nawet 30-40

2 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że temperatura maksymalna i średnia dla całego obszaru bloku silnika przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym była średnio wyższa o 3-5degC w poroacutewnaniu do pracy silnika na oleju napędowym

3 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że czas potrzebny do osiągnięcia przez silnik optymalnej temperatury pracy był kroacutetszy o około dwie minuty przy zasilaniu go olejem rzepakowym w poroacutewnaniu z olejem napędowym

LITERATURA

1 Bocheński CI Biodiesel - paliwo rolnicze Wyd SGGW Warszawa

2003

2 Lotko W Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami

węglowodorowymi i roślinnymi WNT Warszawa 1997

3 Minkina W Pomiary termowizyjne - przyrządy i metody Wydawnictwo

Politechniki Częstochowskiej Częstochowa 2004

4 Szlachta Z Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami rzepakowymi

WKIŁ Warszawa 2002

93

94

Evrenosoğlu Mehmet

Ege University Department of Agricultural Machinery Izmir (Turkey)

Mathematical modelling in silage mechanization

ABSTRACT

A mathematical model can be described as a system using mathematical language The process of developing a mathematical model is mathematical modelling Mathematical models are used not only in the natural sciences and engineering disciplines but also in social sciences physicists engineers economists statisticians operation research analysts use mathematical models most extensively Mathematical models can take many forms including but not limited to dynamical systems statistical models differential equations or game theoretic models A mathematical model usually describes a system by a set of variables and a set of equations that establish relationships between the variables In the field of agriculture many variables are non-linear and much harder to predict than any other fields This persuaded mathematical modelling to enter in to the fields of agriculture even faster In the present day almost all fields and parts of agricultural processes are modelled and simulated in order to understand and to decrease most of the efforts needed

In this study different models for forage mechanization is being studied and created simulations from these studies are used to investigate the conditions in Turkish forage harvestry systems In Turkey the capacity of the harvesting and trasporting are reasonably lower than EU because of the divided parcels and small areas This requires to develop adjusted simulations for Turkish agricultural silage mechanization

INTRODUCTION

Harvesting machinery for forage mechanization are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example TurkeyAegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole plant corn silage are approximately 34euroda (Provincial directorate of agriculture 2010) Values with rates per hour are more unstable due to large variety of machinery capacities Of the corn silage value approximately 10-20 is typically due to harvest and storage machinery cost Although the values are different for haycrop silage the percentage is similar Minimizing harvest cost depends on selecting the proper sizing and matching of equipment

Aegean and Marmara Regions in Turkey are the most dense regions for silage mechanization because of their climate suitable for silage The size of the lands for silage in those regions are significantly smaller comparing

95

to EU and USA and also divided This two situation (being small and divided) are obstacles for improved mechanized silage production Therefore there is huge variety of production techniques not only because of divided lands but also farmers having old habits and experiences from the past In order to develop a reasonable strategy for silage mechanization in those regions producers need benchmarks for the production chains In that point models and cycle analysis can help farmers to develop a strategy for minimizing cost of productions between the silage production chain However there are no significant studies about that problem and no reasonable mathematical models for silage productions have been formed since present days

MATERIALS AND METHODS

The objective of this study is to research the literature of existing models for silage mechanization and either adapting them or creating new models for Turkish agricultural conditions The existing literature has a chronology development paralel to the development of the silage mechanizationn First models that are created focus on the simple processes like pressing in silos different silo dimensions different knife forms and cutting techniques According to that chronology four main models that are chosen from many studies investigated These studies are

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

b) Equipment Matching For Silage Harvest

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

Attaining a high density in a silo is important for two primary reasons Firstly and most importantly density and dry matter content determine the porosity of the silage Porosity in turn sets the rate at which air moves into the silo and subsequently the amount of spoilage which occurs during storage and feedout Ruppel (1992) measured dry matter loss for alfaalfa silage and developed an equation to relate the loss to density Secondly the higher the density the greater the capacity of the silo Thus higher densities generally reduce the annual cost of storage per ton of crop by both increasing the amount of crop entering the silo and reducing crop losses during storage The factors affecting density in bunker and pile silos are not well understood General recommendations have been to spread the crop in 15 cm layers and pack continiously with heavy single-wheeled tractors In a survey of alfaalfa silage in 25 bunker silos Ruppel et al (1995) found tractor weight and packing time (mint) were the most important factors affecting density However both factors only explained a small fraction of

96

the variation observed and layer thickness was not measured The objectives in that study were to measure density in a wider range of bunker silos and correlate those densities with filling practices

In the study measured densities in over 160 bunker silos containing etiher corn or haycop (largely alfaalfa) silage Density was measured with a 5 cm diameter corer (Holmes 1996) taking cores at approximately chest height at four locations across the silage face Core depth distance from the top and distance from the floor were recorded Cores and a grab sample were researched to determine weight dry matter content and particle size distribution A survey was completed for each silo sampled Information from farmers included number of packing tractors tractor weight number of tires per tractor tire pressure tire condition number of drive wheels silage delivery rate packing time per day harvest time per day filling time filling technique silo dimensions maximum silage height crop crop maturity and theoretical lenght of cut These factors were than correlated with measured dry matter densities The range of densities and dry matter contents observed in haycrop and corn silages are shown in table 1 Ranges of dry matter densities were similar for both haycrop and corn silages Densities on the low end suggested little packing whereas the highest densities were in the range observed in tower silos Average dry matter densities were slightly higher than a recommended minimum density of 224 kgm3

Table 1 Summary of core samples collected from 168 bunker silos

Charasteristic Haycrop silage (87 Silo) Corn silage (81 Silo)

Average Range SD Average Range SD

Dry matter () 42 24-67 95 34 25-46 48

Wet density (kgm

3)

593 208-977 109 689 368-961 83

Dry matter (kgm

3)

237 105-434 38 232 125-378 29

Average particle size

(cm) 11 068-31 015 1 071-17 008

SD Standard deviation

The linear regression which explains 18 of the variation of estimated dry matter density (DMD) is expressed as

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3

where average depth (D) and packing factor are calculated as

D = average silage depth (m) = (height at wall + height at center) divide 2

97

CDMNL

WPF

W Proportioned average tractor weight (kg) for all tractors packing silage

Example Two tractor pack 100 of the filling time tractor 1 weighs 114 tons and tractor 2 weighs 68 tons Then the proportioned average tractor weight is (114+68)divide2=91 tons If tractor 1 packs 90 of filling time and tractor 2 is used 50 of the time then proportioned average tractor weight becomes (114x09+68x05)x[90divide(90+50)]=874 tons

L Layer thickness (m) of the spread but unpacked crop in the silo prior tp driving over it during the first packing pass

N Number of tractor-packing equivalents where N=1 when one tractor is packing continuously during the filling process This value can be fractional reflecting one or more tractor packing intermittently

Example If one tractor packs continiuosly during the silo filling process and another packs 50 of the filling time N=1+05=15 If there is only one packing tractor and it packs for 11 hday and the silo is filled 10 hday then N=1110=11

C Crop delivery rate (thr) to the silo

Using this equations for a bunker silo filling in Turkish farm land conditions had shown that importance on density is not given yet The values are taken from a dairy farm which is located in Aegean Region (Oumldemis) of Turkey The farm had a bunker silo which was 122 m wide had 32 m sidewalls and had material packed to a maximum depth of 43 m at the center The 35 of dry matter content silage was delivered to the silo at the rate of 90 th One packing tractor (65 tons) distributed silage with a blade to a depth of 03 m per layer and packed continiuosly when not pushing up silage A second tractor (5 tons) packed continiuosly Assuming a triangular shaped cross section above the walls the average silage depth was D=(3+43)divide2=365 m The average packing tractor weight was W = (65+5) divide2=575 tons The packing layer thickness was L = 03 m crop delivery rate was C=90 th and dry matter content was DM=035

Using these values the packing factor can be calculated as

CDMNL

WPF

=903502

30

755

=168

The expected dry matter density is

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3 =1536 kgDMm3

Being less than 224 kgDMm3 a change in packing procedure would be beneficial A procedure was developed for estimating the density of a bunker based silage packing in this study Silage of high density experiences less dry matter loss than does that of lower density If the extra

98

efforts for saving silage are more than the cost of the achieving the savings then it is economically viable to implement the changes needed to achieve the savings

b) Equipment Matching for Silage Harvest

Harvesting machinery and associated costs are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example Turkeyrsquos Aegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole-plant corn silage are approximately 280euroha (Aegean Region Provincial Diretorate of Agriculture 2010) rates per hour depend largely on machinery capacities With a typical corn silage yield of 50 tha machinery cost to harvest transport and store silage away are approximately 8euroton Selection and sizing of equipment is important to minimize harvest cost In forage harvesting systems there are significant equipment interactions as the crop moves from the field to the silo The harvester needs to interact with the transport units to align and either unload or switch trailers

Four different factors can limit the capacity of a machine depending on the field conditions and the operation These factors are power throughput capacity speed and traction In systems where machines must interact (such as harvest transport and unloading) the capacity of some machines can be limited by others this may necessiate ilde time for some machineslogistics at the unloading site are critical to system performance If forage can not be packed blown or bagged fast enough the storage site can become the bottleneck of the overall harvest system The blower and bagger capacity values are reasonably consistent with silo filling rates observed on 23 dairy farms the visited farms included 22 tower silos 23 bunker silos and 8 bags

For purposes of illustrating impact of transport system on harvester utilization and system capacity a 350 HP self-propelled forage harvester harvesting either haycrop or whole-plant corn silage was considered with different truck sizes For these simulations round trip trasport distance was 97 km and unloader capacity was non-limiting at (120tDMh) Alignment time of the transport units with harvester and unloader were set realistically at 1 min each and average transport speeds were 40 kmh With the small trucks use of a dump cart was compared to direct chopping into the trucks Harvester utilization (time harvested divided by total time) can not reach 100 due to alignment and interaction time with transport units Values near 100 are more desirable resulting in higher system capacity and lower harvest cost Because of power requirement capacity is lower in haycrops than whole-plant corn and the appriate number of transport units is lower The appropriate number and size of trucks required to keep a harvester maximally utilized depends on several factors including transport distance transport speed unloading rate and harvester power The impact of a reduction in number of transport units is illustrated in table 2 several comparisons can be made using the table4 to illustrate that

99

harvester utilization (hence production cost) is very sensitive to size and number of transport units in some situations

Table 2 Effect of number of trasport units on harvester utilization and system capacity with a 350 HP harvester 10 km round trip transport

distance and 40 kmh transport speed in wole-plant corn

Transport unit Harvest Method

Transport unit

capacity (tDM)

Number of

transport units

Utilization of harvester

(h harvestingh)

System capacity

(th)

Small Truck Dump cart 2 4 064 268

Small Truck Direct to truck 2 5 071 296

Medium Truck Direct to truck 35 4 083 348

Large Truck Direct to truck 5 3 083 345

Small Truck Dump cart 2 3 048 201

Small Truck Direct to truck 2 4 057 237

Medium Truck Direct to truck 35 3 065 272

Large Truck Direct to truck 5 2 055 230

The term of power times distance divided by transport unit capacity and speed was used to establish the functional form on an empirical model (R2=0997) for number of transport units required to keep a harvester maximally utilized The empirical model is

dhkmttDMtkmtkWcreqt ISVDPHCN 06107460440

Ntreq Number of transport units required to keep the harvester as busy as possible

Cc Crop coefficient (16 for whole-plant corn 10 for haycrops)

PH Power of the harvester kW

Dt Round trip transport distance km

Vt Capacity of each transport unit tDM

St Average speed of transport uni kmh

Id Indicator for direct chopping into transport units (1 if material was chopped directly in to transport = if a dump cart was used)

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

After the transport models were developed It became usefull combining models with cycle analysis Together it became much easier to investigate systems and finding out their bottleneck points The principles and developmental steps regarding the use of cycle diagrams were outlined by

100

Hunt (1986) To manually draw a cycle diagram and perform an analysis the developmental steps are

Sketch the cycle to show the proper machine relationships

Mark the support times between individual machine cycles with a zigzag line Mark both machine loops at their points of interaction

Sum the cycle times required for each machine loop and select the largest to be the system cycle time

Add idle times to the other machine loops to bring their total times up to the total system time Identify this on the diagram with circles

Field efficiency can now be estimated more accurately when the machine in question is a part of the system

Outputs from a cycle analysis include system capacity labor efficiency and utilization rates for each machine Here is an example of an Turkish dairy farmrsquos corn silage process cycle (Figure 1)

Figure 1 Example of a corn silage process cycle diagram and output values

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

Cycle diagrams are relatively simple tools which can provide insight concerning the impact of equipment and operational changes on dynamic agricultural systems with interacting components or machinescycle analysis of machine systems that include harvest transport and unloading sub-systems requires machine capacity operational data and parameter input for each machine and operation Outputs include cycle time system capacity and idle time for each machine Efficiency measures of harvester transporter unloader and labor utilization can be computed Selection of machinery sets for agricultural field work has been accomplished with modeling and optimisation approaches Selecting machinery used in simultaneous operations requies consideration of the cycle for each machine With one cycle representing a ldquoroundrdquo by all transport units the volume per cycle is computed as

ttc NVV

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

101

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

Nt Number of transport units

Harvest The productive portion of a harvesterrsquos cycle consists of harvest time and interaction time with the transporter The primary contributor to the harvesterrsquos cycle time is the time to harvest the material per cycle

maxmax fmch ECVT

hthttht TRVIT 1

tththh NTTCT

Transport Productive transport time is spent interacting with the harvester or unloader or in transit Interaction time with the unloader is a combination of alignment and working time

umtatutu CVTT

ttt SDT

maxmax ffmhthht ECVVT

hhtthtttut TTTTCT

Unload Productive unloading time is spent with the transporter(s) The cycle time of the unloader is

tutu TNCT

System The system cycle time is the maximum of the cycle times of system components time required to align the harvester and transporter is assigned to the less busy of harvester and transporter Cycle time and idle time are therefore computed as

ahtthahtt TNCTTCT

Th Time for harvest (hcycle)

Thtt Time for harvesterTransporter interaction for material transfer (htransportercycle)

CTh Cycle time for for the harvester without idle or alignment time (hcycle)

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

Cmmax Theoretical maximum material capacity of the harvester (harvest unitsh)

Efmax Maximum field efficiency of the harvester

Iht Indicator variable for simultaneous harvest and transfer (1yes0no)

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

TRh Transfer rate of storage volume on the harvester (harvest unitsh)

Nt Number of transport units

Ttu Time for interaction between transporter and unloader (htransportercycle)

Ttua Time for alignment of transporter and unloader (htransportercycle)

Cmu Material capacity of the unloader (harvest unitsh)

Tt Travel time (h)

Dt Average distance of travel (km)

St Average speed of travel (kmh)

Thth Time for harvester and transporter interaction due to harvest (htransportercycle)

CTt Cycle time for the transport unit(s) (hcycle)

CTu Cycle time for the unloader (hcycle)

CT Cycle time for the system (hcycle)

Tih Idle time for the harvester (hcycle)

Tit Idle time for the transporter(s) (htransportercycle)

102

utahtth CTCTTNCTCT max

ahtthhi TNCTCTT

tti CTCTT

uahtth CTTCTCTCT max

hhi CTCTT

ahttti TCTCTT

uui CTCTT

uiutithii TLTNTL

Utilization (time use efficiency) of each unit is computed from theoretical capacities or minimal component cycle times and actual system cycle time

CTECVU ffmch maxmax

CTTU tta

CTTCTU ttitb

CTCVU umcu

CTLLU i 11

ut LNL 1

maxmax mfhasys CEUC

CTVC cbsys

max masysactf CCE

Cycle analysis of harvesttransportunload systems involves straightforward computations Althought they are tedious computurizing the analysis in a spredsheet allows improvet understanding of the interrelationships and more rapid evaluation of alternative solutions

CONCLUSIONS

In the first part of the study models and simulations are studied and some of them are reorganized for Turkish agricultural systems Especially problems in the bunker loading site are significant in Turkey There has been no detailed study about the process chain of silage mechanization and there are no specific data for related conditions In the second part of the study these models and simulations will be used to create a database for silage process This database will be used to compare the current situation and routine working systems for preparing silage from forage

Tiu Idle time for the unloader (hcycle)

Li Idle time for labor (hcycle)

Lu Number of laborers at the unloader

Uh Harvest (h)

Uta Utilization of transporter (h travelhtransporter)

Utb Utilization of transporter (h busyhtransporter)

Uu Utilization of unloader (h unloadingh)

U1 Utilization of labour (h workingh)

Csysa System capacity (harvest unitsh)

Csysb System capacity (harvest unitsh)

Efact Actual harvester field efficiency fraction

103

material There are extensive problems on silage quality Some of them are mechanical and some are system based Forexample laborerrsquos and farmererrsquos inadeaquate knowledge on packing systems decrases the quality of the forage materials Ordinary labor work focuses on packing as fast as possible but forgetting to control the bulk density of the material Because of lack of unmatched equipment in the systems processes laborers only focus on the time of the work and spending efforts to keep it short There no data or spreadsheet supporting producers for decision making Economical production and better quality silage will become a key factor in the future having much more importance than present day because of global warming and more human population demanding on better and more efficient production in dairy industry

REFERENCES

1 ASAE 2002a S495 Uniform terminology for agricultural machinery

management In ASAE Standards 49th

2 ed ASAE St Joseph MI

3 ASAE 2002b EP4962 Agricultural machinery management In

ASAE Standards 49th ed ASAE St JosephMI

4 ASAE 2002c D4974 Agricultural machinery management data

InASAEStandards 49th ed ASAE St JosephMI

5 Hunt DR 1986 Engineering Models for Agricultural Production AVI

Publishing Westport CT

6 Lavoie G Gunjal K Raghavan GSV 1991 Soil compaction

machinery selection and optimum crop planning

7 Trans ASAE 34 (1) 2ndash8

8 Parmar RS McClendon RW Potter WD 1996 Farm machinery

selection using simulation and genetic

algorithms Trans ASAE 39 (5) 1905ndash1909

9 Rotz CA Buckmaster DR Mertens DR Black JR 1989

DAFOSYM A dairy forage system model forevaluating alternatives in

forage conservation J Dairy Sci 72 (11) 3050ndash3063

10 Rotz CA Muhtar HA Black JR 1983 A multiple crop machinery

selection algorithm Trans ASAE 26 (6)

11 1644ndash1649

12 Wiersma DW and BJ Holmes 2000 Estimating the weight of forage

in a forage wagon

104

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam

Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat

industry waste material

SUMMARY

Every year a meat industry produces great amount of waste material which in case of mismanagement might be a burden to environment as well as a danger to people Due to the presence of organic components the process of utilization is intricate and costs are very high in Poland In consequence the effective and economically viable methods of recycling are searched for The main waste material of meat industry constitutes of refuse fats from abattoirs It need to be stressed that in Poland the supply of wholesome fat is not sufficient which does not allow its use for energy purposes

Key words waste material meat industry biodiesel biogas

STRESZCZENIE

Przemysł mięsny wytwarza co roku znaczące ilości odpadoacutew ktoacutere w przypadku niewłaściwego zagospodarowania są uciążliwe dla środowiska i mogą być niebezpieczne dla ludzi W Polsce koszty ich utylizacji są wysokie a cały proces skomplikowany ze względu na to że w ich skład wchodzą odpady organiczne Skutkiem tego jest poszukiwanie skutecznych i opłacalnych metod zamiany odpadoacutew w inne produkty Głoacutewny odpad przemysłu mięsnego stanowią tłuszcze odpadowe z ubojni Należy podkreślić że podaż pełnowartościowego tłuszczu w Polsce jest zbyt mała i nie pozwala na jego energetyczne wykorzystanie

WSTĘP

Odpady mięsne charakteryzują się wysokim udziałem związkoacutew organicznych Ich zawartość szacuje się na 50-801 W przemyśle mięsnym wyroacuteżnia się sześć grup odpadoacutew

Odpady rzeźne operacyjne (mają największy udział- 37)

Odpady z zawartością chlorkoacutew

1 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

105

Gnojowica

Osady ściekowe

Odpady energetyczne

Odpady komunalno-gospodarcze

Odpady z przemysłu mięsnego można także podzielić na miękkie i twarde Do miękkich zaliczamy krew poubojową jelita wole przełyki skrawki skoacutery odpady mięsno-tłuszczowe zawartość przewodoacutew pokarmowych błony śluzowe gnojowicę wnętrzności i podroby osady z oczyszczania ściekoacutew soacutel z konserwacji skoacuter i jelit Odpady twarde to pierze odpadowe łapy i głowy drobiowe szczecina włosie rogi racice kopyta kości2

Możliwości wtoacuternego wykorzystania tych odpadoacutew są roacuteżne przedstawia je tabela 1

2Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

106

Tabela 1 Rodzaje produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego i możliwości ich wtoacuternego wykorzystania

Rodzaj odpadu Zastosowanie

Mięso świeże ( ze starych koni i kroacutew ) pasza naturalna dla mięsożernych zwierząt futerkowych domowych i z ogrodoacutew zoologicznych

Krew niespożywcza składnik mączek paszowych

Niegarbarskie części skoacuter produkcja żelatyny aminokwasoacutew osłonek wędliniarskich nici i gąbek i nici chirurgicznych błon do przeszczepoacutew tętnic tworzyw skoacuteropodobnych klejoacutew kosmetykoacutew paszy

Odpady mięsno-tłuszczowe ze skoacuter produkcja pasz

Szczecina produkcja szczotek pędzli pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Włosie produkcja szczotek pędzli smyczkoacutew muzycznych filtroacutew sit surowiec tapicerski i filcowy produkcja pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Rogowizna produkcja przedmiotoacutew użytkowych i galanteryjnych pasz hydrolizatoacutew mączek keratynowych nawozoacutew klejoacutew

Zawartość przewodoacutew pokarmowych nawoacutez pasza dodatek do surowcoacutew utylizacyjnych

Odpady jelit surowiec utylizacyjny

Błona śluzowa jelit produkcja preparatoacutew farmaceutycznych i pasz

Odpady tłuszczowe tłuszcz techniczny i pasze

Kości produkcja klejoacutew żelatyny pasz odzyskiwanie fosforu

Błony- w tym błony surowicze źroacutedło kolagenu

Soacutel z konserwacji skoacuter i jelit oraz peklowni

na razie brak racjonalnego wykorzystania

Inne surowce utylizacyjne pasze tłuszcz techniczny

Gnojowica Nawoacutez

Osady ściekowe nawozy pasze

od listopada 2004 r odpady pochodzenia zwierzęcego ( z wyjątkiem ryb i plazmy krwi ) nie mogą być przeznaczone do produkcji mączek paszowych

Źroacutedło Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego zeszyt 4

Skład i właściwości fizykochemiczne tłuszczoacutew technicznych wykazują brak zagrożenia ekologicznego przy termicznej obroacutebce Zawartość wilgoci i popiołu kształtuje się na poziomie podobnym jak przy oleju opałowym Tłuszcze techniczne nie zawierają w swoim składzie żadnych substancji

107

ktoacutere po spaleniu mogłyby okazać się szkodliwe dlatego są one dobrym surowcem do produkcji paliw

CEL I ZAKRES

Celem pracy zaprezentowanej w artykule jest analiza zasoboacutew surowcoacutew odpadowych przemysłu mięsnego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce Do zrealizowania sformułowanego powyżej celu w pracy przeprowadzono obliczenia i analizę ktoacuterych zakres obejmuje

Charakterystykę przemysłu mięsnego wraz z prognozą do 2020 roku

Określenie wspoacutełczynnikoacutew opisujących ilość odpadoacutew z danego sektora

Określenie wspoacutełczynnikoacutew do przeliczenia ilości odpadoacutew na ilość biopaliwa

Obliczenie potencjału teoretycznego biopaliw z prognozą do 2020 roku

Analiza została przeprowadzona w oparciu o dane literaturowe

CHARAKTERYSTYKA RYNKU MIĘSA

Rynek wieprzowiny

Ostatnie lata były najdłuższym okresem systematycznego pogarszania warunkoacutew chowu trzody chlewnej i w związku z tym ograniczania tego chowu W lipcu 2009 roku pogłowie wynosiło 143 mln sztuk Ocenia się że w 2010 roku pogłowie trzody chlewnej może liczyć około 15 mln sztuk W 2008 roku produkcja żywca wieprzowego w wbc wyniosła 2483 tys ton i była mniejsza w poroacutewnaniu z rokiem ubiegłym o 105 Przewiduje się że rok 2011 będzie charakteryzował się wzrostem produkcji Łączny eksport wieprzowiny w 2008 roku wynioacutesł 399 tys ton a import 514 tys ton Eksport żywca przetworoacutew i tłuszczoacutew wieprzowych w I poacutełroczu 2009 roku ukształtował się na poziomie 151 tys ton w ekwiwalencie mięsa Import produktoacutew wieprzowych wynioacutesł w 2008 roku 514 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku wynioacutesł on 259 tys ton w ekwiwalencie mięsa

Rynek wołowiny

W czerwcu 2009 roku pogłowie kroacutew było mniejsze o 42 w poroacutewnaniu z rokiem poprzednim a pogłowie bydła ogoacutełem o 1 Produkcja żywca wołowego w 2008 roku wzrosła o 24 W I poacutełroczu 2009 roku produkcja żywca wołowego była większa o 85 niż w I poacutełroczu roku poprzedniego W 2008 roku liczba urodzonych cieląt wyniosła 2351 tys sztuk W I poacutełroczu 2009 roku liczba ta zmniejszyła się o 12 Zmniejszył się roacutewnież uboacutej cieląt o ok 2 Łączny eksport żywca mięsa i przetworoacutew

108

wołowych w 2008 roku wynioacutesł 263 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku import mięsa wołowego był zbliżony do roku poprzedniego3

3 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

109

PROGNOZA RYNKOWA

Uboje bydła mogą się zmniejszać o 21 rocznie natomiast w ubojach trzody chlewnej może kształtować się tendencja wzrostowa4

Tabela 2 Uboje całkowite bydła i trzody chlewnej w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

W następnych latach produkcja mięsa wołowego może się zmniejszać w tempie 26 rocznie do ok 300 tys t w 2020 roku5

Tabela 3 Produkcja wołowiny i wieprzowiny w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

POTENCJAŁ TOERETYCZNY BIOPALIW

Dane określające uboacutej bydła i trzody chlewnej (tab 2) oraz produkcję żywca wołowego i wieprzowego (tab 3) służą obliczeniu szacunkowej produkcji odpadowych tłuszczy zwierzęcych

4 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214)

5 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214) s 36

110

Tabela 4 Szacunkowa produkcja tłuszczy zwierzęcych (odpadowych technicznych) w poszczegoacutelnych latach

Wyszczegoacutelnienie 2009 2010 2011 2012

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego (mln szt)

1300 1273 1246 1220

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013 = 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4648 ok 4551 ok 4454 ok4362

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

21 2617 262 263

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001 =066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1386 ok 1727 ok1729 ok 1736

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

783 650 392 382

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 3915 325 196 191

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

47 39 235 23

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 47 ok 39 ok 235 ok 23

Lata 2009 2010 2011 2012

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2286 2393 2396 2404

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 914 957 958 961

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

46 478 48 48

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 46 ok 478 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe ok 696 ok 715 ok 69 ok 68

111

tłuszcze i po utylizacji (tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2013 2014 2015 2016

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1194 1169 1144 1120

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4269 ok 4179 ok 409 ok4004

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

263 265 267 267

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1736 ok 1749 ok 1762 ok 1762

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

375 364 357 353

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 1875 182 1785 1765

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

225 218 214 2118

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 225 ok 218 ok 214 Ok 212

Lata 2013 2014 2015 2016

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2411 2421 2429 2420

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 964 968 971 968

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4822 4842 4858 484

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 48 ok 48 ok 49 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji

ok 671 ok 663 ok 656 ok 645

112

(tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2017 2018 2019 2020

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1096 1073 1050 1028

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 3918 ok 3836 ok 3754 ok 3675

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

268 269 269 27

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1769 ok 1775 ok 1775 ok 1782

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

346 340 325 321

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 173 170 1625 1605

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

2076 204 195 1926

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 2 ok2 ok 2 ok 19

Lata 2017 2018 2019 2020

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2414 2410 2400 2390

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 965 964 960 956

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4828 482 48 478

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

Ok 48 ok 48 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji (tys t)

ok 637 ok 63 ok 621 ok 613

113

Źroacutedło wskaźniki do obliczeń przyjęto na podstawie E Piotrowski IPMiT w Warszawie oddział w Poznaniu oraz K Dowgiałło Dep Weterynaryjny MRiRW W Sikorki ndash ZM Skiba Chojnice

Łączną ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020 przedstawia tabela 5

Tabela 5 Łączna ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

Wydajność produkcji biogazu z tłuszczu kształtuje się na poziomie 800 m3tonę substratu6 natomiast ilość biodiesla wytworzonego z tłuszczu zwierzęcego w każdym kolejnym roku jest proporcjonalna do ilości tłuszczy odpadowych jakie wytworzył przemysł mięsny7

Tabela 6 Szacunkowa ilość biogazu i biodiesla możliwa do wytworzenia z tłuszczu zwierzęcego w latach 2009-2020

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Łącznie tłuszcze odpadowe i po

utylizacji [tys Ton]

696 715 69 68 671 663

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

55680 57200 55200 54400 53680 53040

Biodiesel [tys ton]

696 715 69 68 671 663

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Łącznie tłuszcze odpadowe i po utylizacji[tys ton]

656 645 637 63 621 613

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

52480 51600 50960 50400 49680 49040

Biodiesel [tys ton]

656 645 637 63 621 613

Źroacutedło obliczenia własne

6 httpwwwpostcarbonpl 2009

7 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

114

Tabela 7 Ilość paliwa z odpadoacutew w przeliczeniu na tony oleju ekwiwalentnego

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Biodiesel

[ktoe]

617 631 609 60 593 585

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 307 314 303 299 295 291

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Biodiesel

[ktoe]

579 57 563 556 548 541

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 288 283 28 277 273 269

Źroacutedło opracowanie własne

Tabela 8 Potencjał teoretyczny biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku (ktoe)

Wyszczegoacutelnienie Rynek mięsa

Biodiesel

[ktoe]

6992

Biogaz

[ktoe] 3479

Źroacutedło opracowanie własne

PODSUMOWANIE

1 Przemysł mięsny każdego roku wytwarza znaczące ilości odpadoacutew

ktoacutere mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw ze względu

na wysoki potencjał energetyczny

2 Głoacutewnym odpadem powstającym w sektorze mięsnym

wykorzystywanym do produkcji biopaliw może być odpadowy tłuszcz

zwierzęcy

115

3 Ilość tłuszczu zwierzęcego powstałego przy przetwoacuterstwie mięsa

do 2020 roku szacuje się na 7917 tys ton

4 Potencjał produkcji biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku

szacowany jest na 6992 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew zostanie

wytworzony biodiesel lub 3479 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew

zostanie wytworzony biogaz

LITERATURA

1 Biuletyn informacyjny Podaż i popyt w Europie a perspektywy

produkcji rolniczej w Polsce ARR 2009 Nr 4 (214) s 36- 49

2 httpwwwpostcarbonpl 2009

3 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

4 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

5 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki

zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego

Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

116

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill

INTRODUCTION

Wear arises by impact of friction of cut chip pieces and workpiece surfaces with the tool Its mechanism is characterized by friction of little elements of tactile layers and their removal in form of products of friction from cutting area Wear of cutting wedge has faster progress than wear of machine parts even though that physical nature is the same Cause should be found in peculiarity of friction process in manufacturing cutting New metal surfaces come to contact with cutting material at all times [5]

1 SPECIFICATION OF EXPERIMETAL CONDITIONS

11 CATEGORIZATION OF EXPERIMENT

As the measurements are focused on verification of durability of cutting materials selected on the base of previous testing the long-term method of testing was chosen These methods of long-term testing have the disadvantage of huge time and material consumption although they are more precise as short-term tests

12 CHARACTERISTIC OF EXPERIMENTAL ENVIRONMENT

For the purposes of experiment there was CNC machining center HAAS VF- 1B utilized that is situated in laboratory of Cracow Polytechnics in Cracow Poland

121 CUTTING CONDITIONS

From the viewpoint of cutting conditions established for these experiment the dimensions of relevant workpieces were taken into consideration together with requirements of measurements that should provide the results Entire experiment was realized as long-term durability testing

Established conditions

Spindle speed n with value of 1800 otmin-1

Cut depth ap with value 15 mm

Cutting speed vc with value 34 mmin-1

117

feed rate vf with value 004 mmteeth

122 MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS

As a workpiece material there was steel used marked as STN 17 241 EN X5CrNi 18-10 that is austenitic chrome-nickel steel with very good corrosion resistance good plasticity in cold stage and good weldability

As tool materials there were three kinds of HSS grooving mills with two wedges and diameter of 6 mm (obr2)

A coatless

B with coating ALTiN

C with coating AlTiSiN

123 EXPERIMENT PROCEDURE

According to determined parameters (coating type of cutting plate cutting speed cut depth and feed rate) the verification of durability of mills was started Experiment was realized on material with dimensions 200x100x50 (obr1) With all tool crossing movements the cutting conditions were kept constant As first tested mills samples bdquoAldquo with no coating were tested Second tested were bdquoBldquo samples with AlTiN coating Finally bdquoCldquo samples were tested with AlTiSiN coating After each tool crossing movement the time of tool engagement was measured together with tool wear Milling was realized until the wear reached the value of VBB = 600 microm Wear was monitored with use of optical device with decuple optical zoom With respect to selected material STN 17 24 the wear at first two tool crossings was zero With further tool crossings the wear reached the value of VBB = 200 microm This value was constant until the wear started to increase swiftly what was obvious also from width of working trajectory of the tool Individual measured values were graphically evaluated

Fig1 Fig2

118

2 RESULTS

Fig3 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with no coating bdquoAldquo

Fig 4 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiN coating bdquoBldquo

Fig 5 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiSiN coating bdquoCldquo

119

3 CONCLUSION

Cutting tools for engineering manufacturing are produced of different materials ndash starting from tool steel (high-speed) through sintered carbides (coatless or with hard coating) cermets cutting ceramics to very hard materials (synthetic diamond and cubic boron nitride) This wide assortment of materials is the result of long and intensive research and development in that area and is connected with development of constructional materials that need to be machined Currently and neither in close future there are no expactations in invention of brand new cutting material Therefore the efforts of all research teams in area of cutting materials focus to improvements of technological aspects with precise of application area [5]

Contribution is created woth support of ministry of education of Slovak Republic with exploitation of grant VEGA 1088510 From presented graphs it is obvious that with HSS mills labeled as bdquoAldquo samples lowest durability was achieved as the mills engagement was shortest With mills with AlTiN coating that were labeled as bdquoBldquo samples the impact of coating was observed while reaching doubled lifespan Highest value of lifespan was documented on graph C and achieved after use of HSS mills with AlTiSiN coating lebeled as bdquoCldquo samples Their engagement time was three times longer than with coatless bdquoAldquo samples This experiment confirmed that development and research in the area of tool coating has still significant importance

REFERENCES

1 Biacutelek O Lukovics I Experimental simulation of heat and stress

formation for surface grinding In Katelinic B Daaam International

Scientific Book 2008 7th ed Vienna Austria Daaam International

Vienna Vienna 2008 pp 35-42 ISBN 978-3-901509-69-0

ISSN 1726-9687

2 Buda J Bekeacutes J Teoretickeacute zaacuteklady obraacutebania kovov 1 vyd

Bratislava SVTL 1967 700 s ISBN 63-046-67

3 Neslušan MTurek S Brychta J Čep R Tabaacuteček M

Experimentaacutelne metoacutedy v trieskovom obraacutebaniacute Žilina 2007 ISBN 978-

80-8070-711-8

4 Vasilko K Teoacuteria rezneacuteho procesu 1vyd Prešov 2006

ISBN 80-8073-586-7

5 Humaacuter A Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha 2008 ISBN 978-80-

254-2250-2 Lukovics I Biacutelek O High Speed Grinding Process

Manufacturing Technology 2008 8 12-18 ISSN 1213248-9

120

KovalyshynOleh

Lviv National Agrarian University

Usingcloud computingtechnologyin education process

ANNOTATION

This paper considers thetechnology ofcloudcomputing its

structureandmethodsof applicationtoimprovethe educational process

INTRODUCTION

Cloud computing refers to the provision of computational resources on demand via a computer network such as applications databases file services email etc In the traditional model of computing both data and software are fully contained on the users computer in cloud computing the users computer may contain almost no software or data (perhaps a minimal operating system and web browser only) serving as little more than a display terminal for processes occurring on a network of computers far away Common shorthand for a provided cloud computing service (or even an aggregation of all existing cloud services) is The Cloud

The phrase ldquocloud computingrdquo originated from the cloud symbol that is usually used by flow charts and diagrams to symbolize the internet The principle behind the cloud is that any computer connected to the internet is connected to the same pool of computing power applications and files Users can store and access personal files or use productivity applications

121

on a remote server rather than physically carrying around a storage medium such as a DVD or thumb drive Almost all users of the internet may be using a form of cloud computing though few realize it [1]

Cloud computing involves pooling the processing power of multiple remote computers in the cloud to achieve a task such as data warehousing of hundreds of terabytes managing and synchronizing multiple documents online or computationally intensive work These tasks would normally be difficult time consuming or expensive for a single computer to accomplish The result of this processing is then served using the Internet to one or more clients working on their local computer

The National Institute of Standards and Technology (NIST) provides a specific definition

Cloud computing is a model for enabling convenient on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (eg networks servers storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2]

Cloud computing describes a new supplement consumption and delivery model for IT services based on Internet protocols and it typically involves provisioning of dynamically scalable and often virtualized resources It is a byproduct and consequence of the ease-of-access to remote computing sites provided by the Internet This frequently takes the form of web-based tools or applications that users can access and use through a web browser as if they were programs installed locally on their own computers

Typical cloud computing providers deliver common business applications online that are accessed from another Web service or software like a Web browser while the software and data are stored on servers

Most cloud computing infrastructures consist of services delivered through common centers and built-on servers Clouds often appear as single points of access for consumers computing needs Commercial offerings are generally expected to meet quality of service requirements of customers and typically include service level agreements

The key characteristic of cloud computing is that the computing is in the cloud that is the processing (and the related data) is not in a specified known or static place(s) This is in contrast to a model in which the processing takes place in one or more specific servers that are known All the other concepts mentioned are supplementary or complementary to this concept [3]

122

HOW TOUSECLOUD COMPUTINGTOIMPROVETHE EDUCATIONALPROCESS

Inpracticecloud computingtechnologycan be usedtofacilitatethe learning processinestablishments of higher education Accordingtothe developedproject information required forstudentsduringthe learning process(literature applications software simulators etc) placedon the local serverof the institutionand eachcomputerthat isconnectedto theLANcan accessthese products Thismethodgives atremendousadvantage because theres noneed toinstallsoftwareon eachcomputerseparately simplifyingadministrationof computerclasses andminimizingcarejobs An importantadvantageis thepossibility ofproviding for studentsindividualrooms on the serverwheretheycanposttheir owninformation concerning withtraining In fact studentsrsquo attachment to the workplace disappears from any computer in the university access to the software package as well as their own rooms is granted

Technologyallowsimprovingcomputer studentstestingbecause itminimizesthe chance of interventiontothe applicationof unauthorized personsduring testing This is provided by that the local computer where the actual testing process rakes place has no server side program or processes associated with it which does not allow to hack it Interference in testing process needs to break the server which is ten times harder In addition there is no need to install the testing program on each computer separately Process of updating software changing databases issues is simplified Test results may be available to students through the cloud as an Internet application

Thistechnologybecomessignificant in practicedue tothe factthat existent standardsof educationof engineerstraining areas such as ldquoProcesses machinesandequipmentAIPrdquo rdquoPower engineering and electro technical systems in AIC rdquo ldquoMechanicalldquo ldquoCartransportrdquosoprovide for passing offinalstateexam in the form of test Thanks tothis technologyit is easily toconvertthis examoncomputertestingthatwillsignificantlyreducethe timeof its carrying out and will expandopportunitiesandthe terms of preparationetc

Cloud computingcan alsobe usedas oneof theoptions fordistance learningby making theaccessto theinformationavailable on theserverfrom the Internet Instructional materialsneededfor training must be placedon the serverwherethey will be availableto students The evaluations are conductedusingthe softwarepresented on it Resultsare placedinappropriate studentsrooms where theywere available to theteachers Thismethodcan be usedforongoing monitoringof students registration of the progressof theirstudiesforsome definite period oftime alwaysdeterminingtheirrating

123

CONCLUSIONS

1 Cloud computing technologies have wide a use in the educational

process for its improvement and provide students with additional

opportunities

2 Cloud computing technology is a simple method of implementation of

the methods of computer testing during passing of final state exams by

students of engineering directions if itrsquos provided by existing standards

of education

3 Cloud computing can also be used as one of the variants of distance

studying and constant current control students knowledge of particular

subjects and it presents an opportunity to determine continuously their

rating according to the results

REFERENCES

1 John Rittinghouse James Ransome Cloud Computing

Implementation Management and Security CRC Press 2009

ISBN 1439806802

2 Michael Miller Cloud Computing Web-Based Applications That

Change the Way You Work and Collaborate Online 2008

ISBN 0789738031

3 John Rhoton Cloud Computing Explained Implementation Handbook

for Enterprises 2009 ISBN 9780956355607

124

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron

Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives

ABSTRACT

Decorative qualities and constant demand on Rhododendron are the reasons of perfecting and using micropropagation methods on large scale ndash to mass proliferation of this plants [Bojarczuk 1995 Gertere i Tomsone 1996 Tomsone i wsp 2004 Almeida i wsp 2005 Vejsadova 2008] Meristems fragments and floral inmature buds are using as primary explants to culture iniciation The objective tests was valuation of growth regulators influence on micropropagation of Rhododendron hybrid received in Forest Arboretum in Slizow which is characterized by relatively dark flowerrsquos color rare found among Rhododendrons Technics based on micropropagation permit to get its hybrid seedlings on the mass scale and keep it values because backwoods constitute only the single shrub This technic limits application traditional methods of vegetative proliferation by coupling or cuttings in arboretum and generative proliferation may cause loss this mark Andersonrsquos [1984] medium was applicated as the basic medium and it was modificated by Bojarczuk [1994] Basic medium was supplemented by phytohormons in differentiated concentration (cytokines ndash 2iP 2-8 mgl and auxins ndash IAA 02-4 mgl TDZ 01-02 mgl) and its combination

WSTĘP

Rodzaj Rhododendron oznacza zaroacutewno Roacuteżaneczniki - zimozielone oraz Azalie ndash zrzucające liście W rodzaju Rhododendron oznaczono 850 gatunkoacutew krzewoacutew i krzewinek występujących od strefy arktycznej do goacuter tropikoacutew Naturalnie większość gatunkoacutew występuje w Azji w goacuterach Chin i Himalajach w formie goacuterskich zarośli Jest to rodzaj o niezwykle dużym zroacuteżnicowaniu dekoracyjnych form kwiatoacutew niestety najczęściej nie mrozoodporny w warunkach Polski wyjątek - Rhododendron luteum Azalia pontyjska wcześniej traktowana jako flora rodzima Polski teraz gatunek uznany za zawleczony przez Tataroacutew Charakterystycznym warunkiem zdrowego wzrostu większości roacuteżanecznikoacutew jest zapewnienie im podłoża o kwaśnym odczynie ndash pH 4-5 Jest to cecha typowa dla rodziny

125

EricaceaeHodowla roacuteżanecznika rozwija się głoacutewnie w kierunku tworzenia odmian dpornych na niekorzystne czynniki środowiskowe abiotyczne - mroacutez zasolenie suszę oraz biotyczne ndash patogeny (fitoftoroza mączniak prawdziwy szara pleśń mączlik roacuteżanecznikowy kibitnik azaliaczek mszyca azaliowa i inne) oraz o coraz to bardziej wysublimowanych walorach dekoracyjnych Sposoby rozmnażania Rhododendronoacutew można podzielić na proste (nielaboratoryjne) oraz laboratoryjne Proste to odkłady (proste ndash pędy przyginane do ziemi powietrzne ndash nacięcie pędu w ktoacuterym umieszcza się ukorzeniacz oraz torf zawinięte folią do czasu wydania korzeni przybyszowych) a także sadzonki poacutełzdrewniałe ndash pobrane z pędoacutew wierzchołkowych i ukorzeniane w ukorzeniaczu Do laboratoryjnych sposoboacutew rozmnażania zaliczamy kultury in vitro (mikropropagacja)

Powodem doskonalenia i wykorzystania na szeroką skalę metod mikropropagacji do masowego mnożenia roacuteżanecznikoacutew są w szczegoacutelności walory dekoracyjne i stały popyt na te rośliny Jako eksplantaty pierwotne do inicjacji kultur wykorzystuje się fragmenty merystemoacutew i pąki kwiatowe Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu regulatoroacutew wzrostu na mikropropagację mieszańca roacuteżanecznika otrzymanego w Arboretum Leśnym w Ślizowie charakteryzującego się stosunkowo ciemnym zabarwieniem kwiatoacutew rzadko spotykanym wśroacuted roacuteżanecznikoacutew

MATERIAŁ I METODY

Materiał do założenia doświadczenia stanowiły eksplantaty wtoacuterne w postaci pięciolistnych pędoacutew umieszczanych na pożywce Alo (kontrola) oraz wzbogaconej następującymi regulatorami wzrostu (mgl)

1 Al0 2 Al0+20 22iP+02IAA 3 Al0+20 22iP 4 Al0+20 22iP+02IAA+05TDZ 5 Al0+80 22iP+20IAA+05TDZ

Jako pożywkę podstawową zastosowano pożywkę Andersona (1984) z modyfikacjami (AL) zaproponowanymi przez Bojarczuk (1995) W drugiej fazie doświadczenia materiał przełożono na pożywkę MS Doświadczenie założono w pięciu powtoacuterzeniach (powtoacuterzeniem były szklane naczynia ze sterylnymi warunkami w ktoacuterym było 5 eksplantatoacutew) Pomiary wykonano po 15 miesiącu a następnie kolejny raz po przełożeniu na pożywkę MS bez regulatoroacutew wzrostu Obserwowano wielkość eksplantatoacutew liczbę korzeni i liści obecność pędoacutew bocznych pędoacutew przybyszowych tkanki kalusowej

126

WYNIKI

Metoda kultur in vitro składa się z kilku następujących po sobie etapoacutew do ktoacuterych należą pozyskanie sterylnego materiału roślinnego przeniesienie materiału na pożywkę w celu inicjacji kultury pobudzanie do wzrostu eksplantatoacutew pierwotnych za pomocą fitohormonoacutew wielokrotne pasażowanie roślin do momentu uzyskaniu odpowiedniej ilości mikrosadzonek o wysokiej jakości wysadzenie do warunkoacutew in vivo W ten sposoacuteb uzyskuje się gotowy materiał handlowy Na bazie wykonanego doświadczenia można wywnioskować że wykorzystanie techniki opartej na mikropropagacji pozwoli na uzyskanie sadzonek tego mieszańca na skalę masową zachowując jego walory Matecznik do pozyskania eksplantatoacutew pierwotnych stanowił tylko pojedynczy krzew W tym przypadku ogranicza to zastosowanie tradycyjnych metod wegetatywnego mnożenia poprzez szczepienie czy sadzonkowanie w szkoacutełce Stwierdzono następczy wpływ zastosowanych regulatoroacutew wzrostu co było widoczne w postaci rozwijających się pędoacutew przybyszowych z morfogennej tkanki kalusowej

Najprzydatniejszą pożywką do namnażania (w celu uzyskania licznych pędoacutew przybyszowych) okazały się pożywki Al0 +20 22iP Al0 +20 22iP+02IAA+05TDZ oraz Al0 +80 22iP+20IAA+05TDZ na ktoacuterych odnotowano od 70 -97 eksplantatoacutew z morfogenną tkanką kalusową regenerującą w nowe pędy

LITERATURA

1 Almeida R Gonccedilalves S Romano A 2005 In vitro micropropagation of endangered Rhododendron ponticum L subsp baeticum (Boissier amp Reuter) Handel-Mazzetti

2 Bojarczuk K 1994 a In vitro rapid propagation of Rhododendron cultivars from callus and bud cultures

3 Bojarczuk K 1996 Regeneracja wybranych odmian roacuteżanecznikoacutew z pąkoacutew bocznych i przybyszowych w kulturach in vitro

4 Vejsadovaacute H 2008 Growth regulator effect on in vitro regeneration of Rhododendron cultivars

127

Inż OsypiukRoman dr inż Gendek Arkadiusz

Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw

WSTĘP

Pilarki spalinowe używane do pozyskiwania drewna wyposażone są w piły łańcuchowe z zębami tnącymi typu żłobikowego Ze względu na to że piła łańcuchowa należy do wieloostrzowych narzędzi skrawających podstawową zasadą pracy jest zachowanie takich samych kształtoacutew wymiaroacutew liniowych i kątowych wszystkich takich samych elementoacutew w całym okresie eksploatacji Szczegoacutelnie istotne jest to w przypadku ogniw tnących Zachowanie określonych wymiaroacutew poszczegoacutelnych ogniw podczas eksploatacji wpływa pozytywnie na trwałość całego zespołu tnącego komfort pracy wydajność skrawania oraz bezpieczeństwo operatora podczas pozyskiwania drewna

Diagnostyka stanu piły łańcuchowej przez operatora polega przede wszystkim na ocenie wizualnej jej stanu technicznego oraz na przeprowadzeniu pomiaru zniżenia ogranicznika posuwu i długości poacutełki zęba tnącego Operatorzy zazwyczaj nie sprawdzają konta nachylenia ogniwa tnącego

W czasie eksploatacji ostrzenie pił i zniżanie ogranicznika posuwu odbywa się ręcznie Bardzo często użytkownicy pilarek nie używają dodatkowych akcesorioacutew (np prowadnikoacutew rolkowych) dla zachowania odpowiednich parametroacutew Wielokrotne ostrzenie bdquoz rękirdquo powoduje to że w poszczegoacutelnych ogniwach otrzymuje się roacuteżną długość poacutełki roacuteżne kąty oraz roacuteżną wysokość ogranicznika Problemy pojawiają się roacutewnież w przypadku ostrzenia ogniw prawych i lewych Ze względu na to że większość społeczeństwa jest praworęczna łatwiej i dokładniej można naostrzyć ogniwa lewe Roacuteżnice w wysokości i kątach zęboacutew prawych i lewych mogą w konsekwencji wpływać na wydajność pracy i bezpieczeństwo pracy przy ścince drzew Na rysunku 1 przedstawiony został schemat drzewa z pochyloną płaszczyzną rzazu ścinającego Roacuteżnica wysokości ogniw prawych i lewych spowodowała bdquościąganierdquo rzazu w kierunku zęboacutew wyższych Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niejednakowej wysokości ogranicznika między stronami

128

Rysunek 1 Pochylona płaszczyzna rzazu ścinającego

Wysokość ogranicznika grubości wioacutera wpływa roacutewnież na wydajność skrawania drewna Na podstawie literatury można stwierdzić że zniżając ogranicznik rośnie wydajność skrawania ale po przekroczeniu pewnej granicy wydajność ta spada

CEL I METODYKA

Celem badań było ustalenie czy operatorzy pilarek w ramach codziennej obsługi prawidłowo ostrzą i regulują swoje piły łańcuchowe tzn czy przy wykorzystaniu dostępnych narzędzi serwisowych potrafią zachować zgodne z instrukcją parametry ogniw tnących oraz jaki ma to wpływ na wydajność i ewentualne bezpieczeństwo pracy

Do pomiaroacutew zostały użyte losowo wybrane piły łańcuchowe z dwoacutech Zakładoacutew Usług Leśnych pracujących na terenie Nadleśnictwa Chojnoacutew oraz z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa Wydziału Inżynierii Produkcji Z ZUL nr 1 otrzymano do badań 8 pił z ZUL nr 2 15 pił z ZML otrzymano 5 pił Wszystkie piły zostały oznaczone kolejnymi numerami odpowiednio dla ZUL nr 1 numeracja 1divide8 dla ZUL nr 2 numeracja 9divide23 dla ZML numeracja 24divide28

Piły pobrane z ZUL charakteryzowały się znacznym stopniem zużycia tzn były w końcowej fazie eksploatacji jednak pilarze na co dzień wykonywali nimi pozyskiwanie drewna Kilka pił miało uszkodzone pojedyncze ogniwa

Piły z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa charakteryzowały się średnim stopniem zużycia tzn nadającym się do dalszej eksploatacji Piły te zostały pobrane do badań po zakończeniu kursu pilarza w ramach ktoacuterego uczestnicy uczyli się min prawidłowego ostrzenia

129

W celu dokonania pomiaroacutew zostały zrobione zdjęcia wszystkich ogniw tnących Ogniwa były fotografowane prostopadle z goacutery i z boku Na zdjęciach rejestrowany był roacutewnież wzorzec długości Zdjęcia trafiały do programu MultiScan gdzie po wyskalowaniu obrazu wykonywane były pomiary zniżenia ogranicznika posuwu względem krawędzi tnącej oraz kąta nachylenia ostrza poziomego

Każdy pomiar wykonano trzy krotnie następnie obliczano wartość średnią ktoacutera była wykorzystywana do dalszych analiz Program MultiScan umożliwia uzyskiwanie dużych dokładności jednak w ze względu na błąd człowieka przyjęto niższą dokładność - 005mm

Otrzymane wyniki zapisano w programie Excel oraz Statistica Opracowanie wynikoacutew pozwoliło na określenie średniej wartości poszczegoacutelnych parametroacutew dla badanych pił odchylenia standardowego oraz błędu Wyniki przedstawiono w formie wykresoacutew

Wszystkie piły zostały ponumerowane i przypisane do odpowiedniego zakładu z ktoacuterego pochodziły

OMOacuteWIENIE WYNIKOacuteW

Zgodnie z danymi katalogowymi zniżenie ogranicznika posuwu powinno wynosić 05-07mm Na rysunku 1 przedstawione zostało zniżenie ogranicznika dla ogniw prawych i lewych w poszczegoacutelnych piłach

wys ogranicznika P

wys ogranicznika L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

00

05

10

15

20

25

30

35

Wys

oko

ść [m

m]

Rysunek 2 Zniżenie ogranicznika posuwu dla ogniw prawych (P)

i lewych (L)

130

Zakres średnich wartości zniżenia ogranicznikoacutew w pierwszym zakładzie wynosił 146-284 mm ndash wyjątek piła nr 4 gdzie zniżenie wynosi 023 mm Piły z pierwszego ZUL miały ogniwa ktoacuterych wartość ta znacznie przekraczała maksymalną zalecaną wartość katalogową Można przypuszczać że pracownicy tego zakładu chcieli poprzez zniżenie ogranicznikoacutew poprawić wydajność skrawania (przez zwiększenie grubości wioacutera) albo nie znali zasad prawidłowego ostrzenia ogniw tnących Wadą takiego zabiegu jest to że piła jest poddawana znacznie większym obciążeniom co doprowadza do szybszego jej zużycia a jednocześnie może to wpłynąć na zmniejszenie bezpieczeństwa pracy ponieważ piła na skutek zwiększonego obciążenia może się zerwać W zakładzie nr 1 daje się zauważyć roacutewnież znaczną roacuteżnicę w wartości zniżenia ogranicznika między ogniwami prawymi i lewymi W pięciu przypadkach ogniwa lewe mają większe zniżenie w stosunku do ogniw prawych Roacuteżnice wysokości zniżenia ogranicznikoacutew pomiędzy prawni a lewymi ogniwami wskazuje na to że pilarz zniżając ograniczniki wykonywał roacuteżną liczbę pociągnięć pilnika dla prawego i lewego ogniwa lub wykonywane pociągnięcia były nie pełne W skrajnym przypadku dla piły nr 2 roacuteżnica ta dochodzi do 08 mm

W drugim zakładzie oraz ZML wartości zniżenia ogranicznikoacutew w większości przypadkoacutew były zgodne z wartościami katalogowymi lub nieznacznie odbiegały w goacuterę lub w doacuteł Świadczy to o tym że pracownicy starali się zachować prawidłowe parametry ogniw tnących Tak eksploatowane piły powinny zapewnić odpowiedni poziom wydajności i bezpieczeństwa pracy Tak jak w przypadku zakładu pierwszego roacutewnież tutaj dało się zauważyć roacuteżnice pomiędzy stroną prawą i lewą

Przeprowadzona analiza statystyczna dla wszystkich pił wykazała że w 68 roacuteżnice pomiędzy ogniwami prawymi a lewymi są istotne

Na rysunku 3 przedstawione zostały wartości kąta nachylenia ostrza poziomego ogniwa tnącego w poszczegoacutelnych piłach Zgodnie z instrukcją obsługi kąt ten w zależności od zastosowanej piły marki Oregon dla

standardowych pił zwiera się najczęściej w przedziale 25-30 w stosunku do prostopadłej płaszczyzny prowadnicy ndash w przypadku niniejszych badań ze względu na możliwości pomiarowe podawana jest wartość kąta jako

uzupełnienie do 90 Tak więc mierzony kąt nachylenia ostrza poziomego

powinien zawierać się w granicach 60-65

131

Kat zaostrzenia P

Kat zaostrzenia L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

40

45

50

55

60

65

70

75

80

t [o

]

Rysunek 3 Kąt nachylenia ostrza poziomego ogniw tnących prawych (P)

i lewych (L)

Spośroacuted badanych pił tylko 7 spełniło ten warunek dla ogniw prawych i lewych oraz 3 dla ogniw lewych i 1 dla ogniw prawych Pozostałe piły

miały w większości kąt mniejszy niż 60 co mogło wpływać na zwiększenie wydajności skrawania

W przypadku pił z zakładu nr 2 w 10 na 15 przypadkoacutew ogniwa lewe mają większy kąt zaostrzenia niż ogniwa prawe Może świadczyć o tym iż operator dokonujący ostrzenia pił nie używał dodatkowych przyrządoacutew pozwalających na zachowanie kąta Takiej zależności nie można stwierdzić dla zakładu nr 1 oraz dla ZML Może to wynikać ze zbyt małej proacuteby

Analizując wszystkie przypadki w 5 piłach roacuteżnice między katem nachylenia ostrza poziomego lewych i prawych ogniw były znaczne ndash

wynosiły ok 10 a w przypadku piły nr 15 roacuteżnica wynosiła 16

Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała że w 65 przypadkoacutew roacuteżnica pomiędzy kontem nachylenia ostrza poziomego ogniw prawych i lewych jest istotna

PODSUMOWANIE

Podsumowując należy przyznać że pilarze zajmujący się obsługą pił nie są w stanie zachować jednakowych parametroacutew ogniw prawych i lewych wykorzystując tylko ostrzenie ręczne

132

W wielu przypadkach pilarze zapewne celowo obniżają ogranicznik posuwu dla uzyskania większej wydajności skrawania drewna Zgodnie z prowadzonymi wcześniej badaniami nie zawsze przynosi to zamierzone efekty a jednocześnie negatywnie wpływa na komfort i bezpieczeństwo pracy

W przypadku kąta nachylenia ostrza poziomego występują roacuteżnice między stroną prawą i lewą Z reguły powstają one w wyniku ostrzenia bez wykorzystywania prowadnikoacutew ułatwiających utrzymanie kąta

Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi pił łańcuchowych należy używać szlifierki w celu wyroacutewnania wszystkich ogniw

Aby stwierdzić czy występują zależności w niedokładnościach ostrzenia między pilarzami i Zakładami Usług Leśnych należy przeprowadzić dalsze badania zwiększająca proacutebę poddawaną analizie

LITERATURA

1 Bieńkowski J bdquoWpływ stępienia ostrzy tnących na opory i wydajność skrawania piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr 12 1993

2 Botwin J Botwin M bdquoMaszynoznawstwo leśnerdquo PWRiL Warszawa 1979

3 Ciesielczuk P bdquoWpływ podziałki zęboacutew na tnących piły łańcuchowej na wskaźniki piłowania drewnardquo Praca doktorska SGGW Warszawa 1973

4 Gendek A bdquoWpływ parametroacutew sprzęgła na wydajność skrawania drewna pilarką spalinowąrdquo Praca doktorska SGGW Warszawa 2005

5 Goacuterski J bdquoOddziaływanie ogranicznika posuwu ogniwa tnącego na drewno w czasie skrawaniardquo Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 1 Warszawa 1996b

6 Łukomski Ł Praca doktorska bdquoBadanie mechaniki piłowania drewna piłami żłobikowymirdquo SGGW Warszawa 1977

7 Maciak A bdquoEffect of wear of saw chain cutters on the rate of wood cuttingrdquo Annals of Warsaw Agrikultural Uniwersity No 36

8 Maciak A bdquoBadanie oporoacutew i wydajności skrawania drewna bukowego łańcuchową piłą żłobikowąrdquo PTRiL nr 5 Warszawa 1994

9 Maciak A bdquoWpływ geometrii ostrza żłobikowego na jego obciążenie podczas skrawania drewna sosnowegordquo PTRiL nr 5 Warszawa 1998

10 Maciak A bdquoWpływ kąta pochylenia poziomej krawędzi tnącej ogniwa piły łańcuchowej na uzyskiwane efekty piłowaniardquo III Konferencja Naukowa bdquoOrganizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwierdquo Warszawa 2003

11 Więsik J bdquoPilarki przenośne budowa i eksploatacjardquo Warszawa 2005

133

12 Więsik J bdquoModel symulacyjny procesu skrawania drewna piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr10 1994

134

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of electrical supply by prof V Sinkova(Ukraine)

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator

ABSTRACT

The results of the development of construction three-phase permanent magnet linear generator and of its experimental research using a special stand which allowed to analyze the energy parameters of the generator

INTRODUCTION

At present one of the important subjects of research leading scientific institutions in the world is linear electric machines as is the possibility of their wide using in various settings of traditional and new systems Major new technical solutions that describe promising settings for the implementation of linear generators such as diesel generator sets [1] electrical power conversion system vibration waves into electricity [2] combined electric water suplying wind installations [3] and others Effective use of such electric power generators complex linear reciprocating motion can be provided them rational geometric dimensions that allow for sufficient energy performance at minimal volume Especially important for the development of new processing plants based on the conditions of economic feasibility and environmental safety is the use of alternative energy sources rather than internal combustion engines Thus the development and research of linear generator as a device for generating electric power plants that use renewable energy sources is important

GOAL

The purpose of this paper is the rise of energy performance of three-phase permanent magnet linear generator design data by developing and conducting the experiments

ARCHITECTURE OF THREE-PHASE

PERMANENT MAGNET LINEAR GENERATOR

In the baseline version of three-phase permanent magnet linear generator selected generator [4] is designed to convert mechanical energy of reciprocating motion combined electric water suplying wind installations into electrical energy Designs three-phasepermanent magnet linear generator

135

is in Fig1a In the complement of linear electric generator enter not ferromagnetic core 1 ferromagnetic elements 2 permanent magnets from the alloy of NdFeB 3 stator with electric coil 4 material is not ferromagnetic 5 Electric coil (phase A B C) form the stator three-phase system each placed in a closed magnetic cores 4 is divided ferromagnetic material 5 at a certain distance and the axial length of the ferromagnetic elements of the arm is equal to the width of the stator pole shoes and the distance between the poles each phase of the stator - the width of the permanent magnet each generator phase shifted with respect to another at

a distance of 3 + 3

1length of ferromagnetic elements and 3 +

2

1 length

magnets The disadvantage of this generator is increased consumption of materials Is caused by the fact that the magnetic elements have equal thickness throughout its length The aforesaid leads to undue stress in the understatement of the magnetic elements of magnetic remote from the active surface In addition the magnetic stator windings coverage on all their external surfaces leads to maximum dissipation of magnetic flux This negatively affects on the electric power rates

a b c

Fig 1 Sketch design of three-phase permanent magnet linear generator a - linear generator (basic version) b - linear generator (developed)

c - linear generator stator (developed)

OPTIMIZATION OF STATOR LINEAR GENERATOR

To increase electric power rates is possible by improving the design of the stator magnetic core and reduction of material inputs

Sketch of the proposed construction of a linear generator in Fig1b Compared with the basic version of Fig1a stator magnet linear generator differs presence of such features magnetic wire designed as a star a star has a multibeam type star-rays come from active surface coil rays directed from the active surface of the radius the total area of cross-sectional area are not less than beams magnetic core diameter of boring ratio of total

136

basal area of beams and square magnetic core diameter of boring at the same distance from an arbitrary start the rays

Description of proposed design features explained in Fig 1b Stator of magnet linear generator consists of a set of modules 6 successively established along the longitudinal axis and distant from each other nonmagnetic elements 7 Stator has an internal active surface 8 Module 6 has a winding 9 covered by magnetic wire 10 For ease of installation winding 9 magnetic wire 10 of module 6 along the longitudinal axis stator connectors should comply with two parts 11 and 12 From the technological point of view of 11 and 12 module 6 should be equal Magnetic wire 10 is designed as a multibeam stars 13 14 rays which leave the active surface 8 to the radius to it Thus the total area of cross beams on A - A on an arbitrary distance l from the beginning not less active in the area of magnetic core diameter Da boring

n times S ge Sа

where n - number of rays S - section area of the beam mm Sa - active magnetic area on the boring diameter mm

Thus due to implementation magnetic core in a multibeam star magnetic materials consumption is significantly reduced as not all of its volume filled with ferromagnetic material the presence of such zones significantly reduces the dissipation of magnetic flux which increases energy performance of a linear electric generator stator

According to the sketch of Fig 1b magnetic cores manufactured in Fig 2 and the electric coil Fig 3 which have become integral parts of the developed laboratory model of cylindrical three-phase permanent magnet linear generator Fig 4 and 5

a b c

Fig 2 Core of magnetic wire a b - are the modules core of magnetic wire c - is magnetic wire in the collected kind for one phase

137

a b

Fig 3 Electric coils a - is an electric coil b - an electric coil is set in the module of magnetic wire

Fig 4 Laboratory standard three-phase permanent magnet lineargenerator

Fig 5 Mobile magnetic system (inductor)

ARCHITECTURE OF SPECIALIZED STAND

In connection with absence of mass production of stands for realization of researches of linear generators the mobile element of which executes the recurrently-forward moving for a construction the sketch of specialized stand [5] On this stand it is possible to test linear electric machines both in the motive and in generator modes the mobile element of which executes the recurrently-forward moving Especially it touches experimental researches of linear electric machines with the small size of motion and variable frequency of recurrently-forward motion Thus during the small segment of motion and time it is necessary to execute the acceleration of

138

mobile element motion with permanent speed braking revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-east

The sketch of construction of specialized stand for experimental researches of linear generator at placing of mobile element in a midposition is represented on Fig 6

a b

Fig 6 Sketch of construction of specializedstand for experimental researches of linear generator a - is a frontal kind b - is a type of A

A stand for experimental researches has a power frame 1 on which a proof-of-concept electro-magnetic linear generator is set 2 and circulating electric machine of direct-current 3 A stand is set on a laboratory table 4 laboratories of experimental researches On the shaft of the rotor rotary electric DC machine 3 mounted disk 6 (Fig7а) Disk 6 related to the mobile element 7 linear electric machine 2 by means of lever 8 (Fig 7b) Lever 8 on one end has a connecting element 9 and on the second - hob 10 Ability to rotate of connecting element 9 provided due to bearing 11 hardly mounted on its surface and set in the holder of a 12 lever 8 Connecting element 9 of a lever 8 constrained by means of screw-thread connection with a disk 6 Hob 10 of a lever 8 connected with a roller mechanism 13 set on a mobile element 7 linear electric machine 2 Copulas of mobile

139

element 7 roller mechanism 13 of a hob 10 provided due to an axis 14 Roller mechanism 13 has the opportunity to move in sending 15 Planes of rolling 16 sending 15 placed in parallel to longitudinal wasp 17 linear electric machine 2 that is why and roller mechanism 13 moves during a longitudinal axis 17

a b

Fig 7 Disk (а) and lever (b) of crank-type-piston-rod mechanism

Disk 6 has a row of opening 18 for connection with the connecting element 9 of a lever 8 Opening 18 placed on different distance from the center of disk 6 On Fig7а distances from a center are represented as R1 R2 R3 Thus distance from the center of disk to the center of opening equal to the half of necessary at researches motion of mobile element 7

Thus due to implementation of stand in the offered kind possible test of linear electric generators of recurrently-forward motion here the size of motion of mobile element is set by distance from the center of disk to the center of opening on a disk and frequency of moving is regulated by speed of rotation of rotor of electric machine of direct-current

On Fig 8 shows a general view of the special stand built for experimental research under the thumbnail Fig 6 comprising a DC motor control system 2 crank-crank mechanism 3 frame 4 for installation of electric drive and investigated linear generator gauges 5 and the electrical load 6 Three-phase resistive load is three rheostats type RSP-2U3 (TU 16527197-79) to draw up to 1 A range of changes in load resistance 0 170 Ohm

140

Fig 8 A general view of stand for experimental researches three-phase electro-magnetic linear generator with the connected loading

and measuring devices

RESULTS

Defined dimensions and the electric parameters of three-phase permanent magnet linear generator are given in a tabular kind

Table 1Weight of basic sites and elements of linear generator

пп

Name of elements Weight

kg Quantity

Total weight

kg

1 Mobile magnetic system 416 1 416

2 Core to magnetic wire 271 6 1626

3 Coil (a puttee wire Oslash is a 09 mm of brand of ПЭТ-155 by an area to the cut of 0635 mm

2 number of winding - 1300)

2555 3 7665

4 Corps 1673 1 1673

5 Other elements 1185

Gross weight of generator 4600

Measuring of resistance of coil linear generator is conducted to the direct current with the use of method of voltmeter and ammeter Such requirements were thus observed a voltmeter joined the outputs of puttee directly an amount of disconnecting contacts in a chart was minimum the source of direct-current was a storage battery of 5NK125 the shows of devices were removed simultaneously measuring of pure resistance was conducted at an ambient temperature - 28 0С at duration of measuring of not more than 1 minute at what the temperature of coil differed from an ambient temperature no more than on 3 0С The results of measuring are added to the table 2

2 1

4

6

5

3

141

Table 2Pure resistance of coils linear generator

Measuring chain Shows of devices Certain

resistance Ohm U B I A

Phase A С1-С4 68 0583 1166

Phase B С2-С5 68 058 1171

Phase С С3-С6 68 0579 1173

Measuring of inductance of electric coils with magnetic wire from ferromagnetic material is conducted for terms analogical to the operating condition as inductance of such coils depends both on the size of current and from frequency For realization of measuring the method of measuring of inductance is used by means of ammeter voltmeter and wattmeter at a feed from tension of industrial frequency The results of measuring are added to the table 3

Table 3Inductance of electric coil linear generator

Own inductance ofcoil without ferromagnetic core

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance L0 H P W U B I A

156 570 115 118 4813 0153

Inductance of coil from core magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance LМ H P W U B I A

1142 570 0306 122 18587 0592

Inductance ofcoil is with magnetic wire and coinciding of poles of the mobile magnetic system with extremities to magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Ld H P W U B I A

0509 570 0205 1211 2778 0885

Inductance of coils with magnetic wire at being of intervals between the poles of the mobile magnetic system symmetric between extremities to

magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Lq H P W U B I A

078 570 0255 120 22302 071

As a result of the conducted experiment for mechanical frequency of vibrations of the mobile magnetic system (inductor) of fr = 5 Hz with amplitude even to the half of pole step of linear generator and by resistance of loading in every phase of Rн = 35 Ohm an oscillograph is remove the form of curves of phase tension and current (Fig 9) For phase tension on-

142

loading UАN = 20 B and UВN = UСN = 40 B accordingly the size of current arrives at 05 A and 1 A

Form of tension in the puttee of phase A close to the sinewave A characteristic feature for this case is that electric frequency of tension of

phase A equal to the doubled mechanical frequency 10f2f re Hz It is

caused by that in times of one period of mechanical vibrations of inductor

rr fT 1 size of magnetic thread coupled with the puttee of stator

consistently passes for this time twice repeats the same values that results in doubling of electric frequency of tension (in relation to mechanical frequency of vibrations of inductor)

Tension in windings of phases B and С is characterized by electric frequency equal to mechanical frequency of vibrations of inductor -

5 re ff Hz and characterized by a change in space on a size 3

2and

3

4 in relation to a phase A accordingly Equality of frequencies for this

case is conditioned by a that circumstance that the period of change of

thread is equal to the period of mechanical vibrations of inductor rr fT 1

a b

Fig 9 Form of phase tension (а) and current (b) a three-phasepermanent magnet linear generator

143

Also it costs to notice that in the case of three-phase implementation of permanent magnet linear generator except for the difference of electric frequencies the presence of harmonic constituents takes place in every phase

CONCLUSIONS

1 The increase of power indexes of cylindrical three-phase permanent

magnet linear generator is possible due to implementation to magnetic

wire as a multibeam star which considerably diminishes to decrease in

the amount of material magnetic wire so however all its volume is filled

by ferromagnetic material and the presence of such areas diminishes

dispersion of magnetic thread considerably

2 Experimental research of linear electric generator needs drive

mechanism able to give to the mobile element (to the inductor) of the

recurrently-forward moving with the small size of motion and variable

frequency of recurrently-forward motion The use of specialized stand

allows during the small segment of motion and time to execute the

acceleration of mobile element motion with permanent speed braking

revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-

east

3 Implementation of electro-magnetic linear generator in the three-phase

system is characterized by the difference of electric frequencies and

presence of harmonic constituents in every phase thus electric

frequency of tension of phase A equal to the doubled mechanical

frequency re ff 2 and tension in coils of phases B and С is

characterized by electric frequency that equal to mechanical frequency

of vibrations of inductor re ff

4 It is recommended to use generate permanent magnet linear

generators electric energy for the feed of electro-consumers not

whimsical to quality of electric energy or charging of storage batteries

with next transformation to the pressure inverter with necessary

parameters for the feed of electro-consumers

REFERENCES

1 The linear petrol generator (diesel engine-generator) [Elektronny

resource] JG Skoromets Advertizing-information magazine

laquoElectrotechnical marketraquo ndash 2008 ndash 5(23) ndash 15 pages ndash Access

144

mode to magazine httpmarketelecrunomer22linejnyj-

benzogenerator-dizel-generator

2 M Leijon O Danielsson M Eriksson K Thorburn H Bernhoff J

Isberg J Sundberg I Ivanova E Sjőstedt O Aringgren KE Karlsson

A Wolfbrandt An electrical approach to wave energy conversion

Elsevier Ltd Renewable Energy 31 (2006) 1309ndash1319

3 The analysis of balance of power of thewind power system with

combined electricity supply and water pumping[Elektronny resource]

VV Kozyrsky VV Vasilenko AV Petrenko Scientific reports of

NUBiP Ukraine ndash 2009 ndash 1(13) ndash С15 ndash Access mode to

magazine httpndnauueduua

4 Patent UA 41883 IPC (2009) H02K 3500 Permanent magnet

linear generator VV Grebenikov AV Petrenko Published

10062009 The bulletin 11

5 PatentUA 50161 IPC (2009) G01R 3134 Н02К 41025 The stand

for research of the linear electric machine VA Barabash MV

Bogaenko VV Kaplun VV Kozyrsky AV Petrenko VS Popkov

NUBiP Ukraine Published 25052010 The bulletin 10

145

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L

Kiev National Economic University named by VHetrsquoman (Ukraine)

LaRouche movement (USA) Kiev National Economic University named by V Hetrsquoman(Ukraine)

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory

SUMMARY

So the problem of creating energy budget of each territory is exists And S Podolynsrsquoky proposed a method in which we can easily create energy budget and use this energy without any harm for nature Problem of using or not using alternative sources of energy should be solved by humanity in the way of rightly using alternative sources of energy Thus we should create energy budget of territory and widely use it

INTRODUCTION

Today from our point of view due to some problems of energy such as environmental it is important analyze so-called energy budget of territory Because we do not have well-established scholars over Ukraines energy strategy including appropriate plant operation development of alternative energy sources including prospects to develop agriculture Study of Scientific Heritage S Podolynsrsquoky allows him to consider approaches to improve the concept of our country in particular energy budget of its territory

MATERIALS AND METHODS

At a time when the linear model of aggressive economic growth seen in the coordinates of human - society human - environment we received a number of natural disasters shortage of natural resources and the devaluation of financial unit as a market regulator

146

Scientific achievements S Podolynsrsquoky carried out on the edge of natural and social sciences He was the first who combinated the physical processes with economical methodologically demonstrated need of the synthesis of natural and cost parameters store solar energy in the process of economic activity So today we must apply a macroeconomic approach which would be focused on adequate outcomes of natural systems [1] which consider the components of the system human - society - ecology in reciprocal communication Only in such coordinates can find an optimal solution and for the further development of humanity - to ensure sustainable development (Fig 1)

Fig 1 ndash Model of sustainable development

Difficulty links between different components of this system does not permit today to build such a conceptual model of it that would adequately describe the interaction between its components and the environment Such model should meet the requirements of structural dynamic and information completeness In such cases carry out decomposition of the system understanding under this procedure - the selection and examination of all major subsystems that affect the ultimate goal of the system It is possible on the basis of deductive approachUsing elements of deductive approach the energy budget of any territory can be presented in the scheme (Fig 2)

Sustainabledevelopment

147

Fig 2 ndash Scheme of the ldquoEnergy budget of territoryrdquo

In terms of system analysis of this structure can be classified as

open system where matter and energy are transformated

system is not homogeneous as its structure can be distinguished as the set of subsystems

a system in which signs of the product (quantity quality etc) make it

difficult to determine its value

148

RESULTS AND DISCUSSIONS

A key element of the studied system is energy On the one hand it is one of the basic properties of matter the total measure of all forms of movement on the other - the ability to perform some work or the source of the force which will perform the work Hence the energy in general we understand the ability to develop force At the same time converting and makes energy conservation work this leads to its accumulation at the disposal of mankind The role of energy conservation law in society and the impact of people on the transformation of energy on Earth showed S Podolynsrsquoky [2] He gave an analysis and classification of types and sources of energy available to mankind at that time This - solar energy (radiation photosynthesis wind falling water) energy of Earths rotation (inflows) accumulated on the Earth Solar energy (coal oil) Movement and transformation of matter and energy in the ecosystem is shown in Fig 3

149

Fig 3 ndash Scheme of movement and transformation of matter and energy in ecosystems

Sun continues to offer us a huge amount of non converted energy and its stock is still very large But it does not run that the distribution of energy on the Earths surface would be most beneficial to human life [2 p211] Possibility of the better distribution of the energy - to some extent ndash is in the hands of the person

Quantitative characteristic in this case is ldquoenergy capacityrdquo - the property system to perceive process absorb and transport the external energy and give it away outside the system This property is closely linked to productivity as evidenced by the last unit of measure - the mass or amount of energy that is concentrated in the mass In a mass of different substances are different amounts of concentrated energy Types of energy and their characteristics are presented in Table 1

Table 1 Types of energy and their characteristics

Types of energy

Characteristics

Internal energy Energy system which depends on the internal state of the system (it includes all forms of energy system components)

Mechanical energy

The energy of mechanical motion and interaction of bodies or their parts (energy magnetic field - magnetic energy electromagnetic energy fields - electromagnetic energy energy of moving particles - the kinetic energy energy particles fixed in a gravitational field - potential energy energy of the atomic nucleus - nuclear energy)

Heating energy Level or change the thermal state (heat) system (the body) during the process

Electric energy The energy of interaction and motion of electric charges

Investigating energy S Podolynsrsquoky proceeded from the fact that the amount of energy is a universal value that is unchanged But in some parts of Earth it is distributed unevenly causing widespread tendency to counterbalance it and the gradual dissipation Regarding energy as global figure S Podolynsrsquoky showed persons ability to influence on its movement and accumulation

Natural system receive external energy from the sun which emits gamma spectra of complex rays in a wide range of wavelengths - from 01 to 3000 nm (Table 2)

150

Table 2 Characteristics of the energy Earth receives from the Sun

Spectrum Rays Wavelength nm

The fate of energy

Appointment power

Infrared (invisible) 800 ndash 1100 The existence of purple and green bacterias

Infrared gt 800 49 ndash 84

Light (visible) 380 ndash 800 16 ndash 45

380 ndash 710 Photosynthesis active part of the visible radiation to green plants

Ultraviolet lt 380 4 ndash 5

UV (long-wave) 290 ndash 380 Reach the surface of the Earth

UV(shortwave) Absorbed by the ozone layer of the atmosphere detrimental for everything

250 ndash 300 Rays have a powerful bactericidal effect in small doses are useful

Conservation and energy conversion based on the equation of energy balance Human play the role of the transformer obtained from the Sun to give energy work Structures which was built on Earth have a high price because of work because they spent lots of solar energy Podolynsrsquoky never minimalize role of socially useful work he was more interested in the accumulation of living matter on the planet - or more simply organic matter begotten by the Sun as a precondition for any work and most earthly wealth - absolute capital

Podolynsrsquoky showed that human labor is useful mainly agriculture reducing the scattering of solar energy increases its fate which piled on the Earths surface in the form of transformed energy Also S Podolynsrsquoky made definition for the concept useful work it is all mechanical and mental consumption of human and animal which increasing budget of transformed energy on the earths surface [2 p 281]

It is distinguished two aspects of energy physical and social [3 p 247]

Physical - is to reduce all forms of energy dissipation through the rational use of energy accumulated on the Earth

Social - is to save energy (wealth) between generations In relation to the whole generation it has an integral character

151

Exploring the system in general S Podolynsrsquoky in the work of man and its relation to energy distribution [2 p 281-282] summarizes the components of energy budget areas

The total amount of energy derived Earths surface gradually decreasing but also its accumulation at the disposal of mankind under the influence of increased labor rights and pets

Perfect machine is humanity with all its economy (fields droves machines etc) Productivity increases human consumption of this work on the transformation of higher energies into the higher (production of machines etc)

Use of solar energy as an engine and direct preparation of nutrients from inorganic materials is fundamental to the continuation of the most advantageous energy storage on the Earth

Actions that result in the phenomenon the opposite of work is theft (scattering embezzlement) power of humanity in particular - the war an arbitrary limit of population production of luxury goods and unproductive consumption Instead improvement of human life quantitatively increases the energy budget of each individual

Several types of energy in one area can change one kind to another it should be viewed with exergety position [6] such as

considering the field of environment and their impact on processes of energy conversion

preventing the possibility of an equilibrium system and the environment

In this case the maximum work that can be executed from a given quantity of heat is determined by Carnot

- ambient temperature К

- temperature of the source К

CONCLUSIONS

Thus we can build energy model of our civilization in the form in which it exists in a living reality It should be remembered that the main purpose of humanity should be an absolute increase in energy budget The only limit best possible accumulation of energy on Earth is only the absolute amount of energy from the sun and organic materials that are on earth [4 p 178]

152

REFERENCES

1 GRYNIVL 2009 Development of physical economy new problems

and models Scientific Annals of Kyiv NationalEconomic University

Physicaleconomy researchmethodologyandglobalmissionofUkraine

178-187

2 PODOLYNSrsquoKYS 2000 Works are chosen Кyiv ndash 328 p

3 MAXYMYUKV 2009 Dualism is in a physical economy Scientific

Annals of Kyiv NationalEconomic University Physicaleconomy

researchmethodologyandglobalmissionofUkraine 244-253

4 PODOLYNSrsquoKYS 1990 Works are chosen Montreal ndash 208 p

5 RUDENKOM 2005 Energy of progress Essays are from a physical

economy Тernopilrsquo ndash 412 p

6 DOLINSKI A BRODYANSKI V 1991 Exergyty calculations of the

technical systems Certificate manual Кyiv ndash 360 p

153

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov (Slovak Republic)

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting

INTRODUCTION

Milling is the basic machining process where the surface is created in a progressive removal of material It is operation with interrupted cut where tool performs a rotational movement and workpiece performs a sliding movement Rotational movement of the cutting edge removes material of varying thickness At each turn teeth tool enter and leave from the workpiece [6] each tooth removes a certain amount of material

We know the climb and conventional milling where is a different direction of movement of the cutting velocity vector [3] respectively there is a different direction of feed of the workpiece in the direction of rotation of the milling cutter in the cutting area More attention in this paper will be devoted to climb milling The climb milling is when the direction of feed of the workpiece in the cutting area is consistent with the direction of rotation of the milling cutter (Fig 1) Chip thickness is the greatest at the beginning of machining and toward the end it drops to zero Cutting edge enters the workpiece suddenly and it starts working great thickness of chip This leads to shock loads of cutting edge but there is not sliding effect as in conventional milling There is also developed less heat and the minimum is also proneness to hardening of the workpiece material for cold Great chip thickness is showed positively and the chips sometimes weld on or stick to the cutting edge during machining and it remains so until such work blade [2]

Fig 1 Scheme of climb milling [1]

154

Climb milling is preferred in practise if it allows machine clamping and workpiece [2] The main advantages are efficient cutting longer tool life better quality finishing of surfaces particularly with stainless steel aluminium or titanium alloys However there is a risk of damaging the tool because there is shock load of cutting edge

Chip formation in milling has special significance Correct determination of the value of chip thickness leads to the achievement of good performance of machining and durability of cutting edge tool [2] The monitoring of the chips obtained in milling can provide important information Chip in milling has helical shape and length of chip is limited to a length of the arc cut in the material The final shape of the chip can be controlled by control of cutting conditions for milling operations For example [6]

Chip width depends on the depth of cut and the longest chip is achieved at milling grooves

The length of chip depends on the cut width and tool diameter ndash larger tool diameter means longer chip

Chip thickness is proportional to the feed per tooth with a cut width

Chips obtained in the milling should be regular and they should have the same color

If cooling is used in milling there should not be observed thermal effects on chip

It is important that the chip does not remain in the cut area If there are chips irregular or needle-like or there are different colored chips it means that the cutting conditions are not appropriately chosen or cooling is not efficient or there are vibrations or the tool cutting edge is worn [6]

The mean chip thickness

While micro viewing at the milling encounter with ldquothe minimum chip thicknessrdquo ie depth of cut and feed are very small (in terms of cutting edge radius or smaller) and no chip is formed [5] so in macro viewing at the milling encounter with ldquothe mean chip thicknessrdquo Maximum chip thickness hmax should be examined together with the setting angle of the main cutting edge in order to ensure satisfactory coverage tool and to avoid overloading the cutting edge Chip thickness in milling is a variable [4] and provides very complicated For this reason in many views it is more advantageous to work with medium chip thickness hm (Fig 2) [2]

Fig 2 Chip thickness in milling [2]

155

In plane milling with side and face milling cutter is the mean chip thickness calculated using a relatively simple formula (1) [6] According to the machining method formula includes the values feed per tooth cutting depth and width of cut The determining factor is also the diameter of milling cutter it affects the contact angle φ cutting edge milling cutter with workpiece Chip thickness also affects the setting angle of the main cutting edge [2]

(1)

where fz feed per tooth [mm] ae radial depth of cut [mm]

D diameter of milling cutter [mm]

hm the mean chip thickness [mm]

Machinability according to shape of chip [3]

Current approaches for assessing of materials machinability are different and have significant benefits In a general sense machinability should be understood as a qualitative condition of the material in the way of his character falls to affect the cutting tool According to machinability is considered the appropriateness of material for the chosen mode production in theprescribedapplication ofqualitativeandeconomic requirements In practical view the distinction relative machinability is related to the base ndash a reference material In order to machinability knowledge of practical use the materials should be formally included in the classes and groups according to proportional machinability to the reference material

Machinability degree the material is the ratio of the cost of producing the same part of the reference material on the same cutting conditions using the same production equipments the same tools and under the same requirements for quality and precision of machined surfaces

Material has better machinability what it is

higher cutting speed in the tool life

less loading the tool cutting forces

achieved less value Rz or Ra and higher precision machined surfaces

more crumbled chips (smaller volume coefficient of the chips w)

lower temperature of the cutting These criterions are often in contradiction Therefore in the fixed conditions is preferred that which is important in view of machining result For example in roughing it is important kinetic and dynamic machinability in finishing it is micro geometric machinability

156

Machinability of materials according to shape of chip is used in the assessment of tough materials where chip is important for the course of technological process The shape of chip can be evaluated for example radius of curvature rt or volume coefficient of the chips w [2]

(2)

where Ktt machinability according to shape of chip

rte radius of chip curvature reference material [mm]

rt1 radius of chip curvature examined material [mm]

we volume of chips obtained during the machining of reference material [mm3]

w1 volume of chips obtained during the machining of examined material [mm3]

Concurrently used tool geometry and cutting conditions affect for both the criterion

CONDITIONS FOR OBSERVATION OF CHIP FORMATION

Milling was realized on a vertical milling machine Avia (FOP) with short slot milling cutter Monolith cutter was used to smooth cylindrical shank with diameter 6 mm with two teeth made of HSS Co8 without coating (Fig 3) The cutting material is a high performance steel with good toughness and excellent thermal resistance Particularly suitable for machining high strength materials austenitic steels steels for hot forming etc

Fig 3 Milling cutter

Helix angle λ was 25deg and rake angle γ was 12deg the magnitude of the helix angle from 25deg to 35degis a basic choice for roughing and finishing of all materials The advantage is versatility with a good balance of cutting forces and the disadvantage is that this is not always productive [5]

At one milling cutter was applied coating AlTiN (monolayer) with thickness 1-3 μm with anthracite colouring Thermal resistance of this coating is 800 degC the friction coefficient against steel in dry conditions is 07 and the key properties of this coating are its high hardness and excellent oxidation resistance

Chip formation was observed on three different materials For carbon steel EN C45 with a carbon content C = 042 to 050 often used as reference

157

material Other materials were manganese-chrome steel EN 16MnCr5 with a carbon content C = 014 ndash 019 and chromium ndash nickel steel EN X5CrNi18-10 with a carbon content C = 0029 Depth of cut ap was 1 mm and feed per tooth was 0022 mm as shown in the scheme of machining (Fig 4)

Fig 4 Diagram of machining

RESULTS

From the milling of materials different speeds were selected representative sample of chips from each group (Tab 1) It is possible to suppose that the length of chip is the same because length of chip depends on the width of cut and tool diameter in milling and the present experiment different materials were machined with the same tool geometry and made from the same material Therefore attention will be given chip thickness and its radius of curvature ie shape of chip

158

Tab 1 Frames of chips at 50 times magnification

Material n1 = 224 otmin-1

vc1 = 4 mmin-1

n2 = 450 otmin-1

vc2 = 8 mmin-1

n3 = 900 otmin-1

vc3 = 16 mmin-1

EN C45

EN 16MnCr5

EN X5CrNi18

-10

As already mentioned above milling is a typical method of machining where there is a change in cross ndash chip during machining ie the chip thickness is not constant throughout a whole mesh The maximum chip thickness is equal to the feed per tooth hmax = fz = 0022 mm It is preferable to work the mean chip thickness hm equal to 00087 mm according to the formula (1) see Fig 4

On the basis of formula (2) ie by comparing the radius of chip curvature at different materials under the same conditions of machining it is possible to assess the machinability The spiral chip can be evaluated radius of chip curvature according to formula (3)

159

(3)

Before substituting into the formula it is important to choose a reference material which would show optimum machinability according to the radius of chip curvature It would then be possible to sort materials into groups machinability by virtue of the reference material In this case there will be compared machinability of three materials using formula (2) where as reference material was selected carbon steel EN C45

By comparing each radius of chip curvature at cutting speed of 4 mmin-1 that is almost equal Substituting into formula (2)

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

As is evident from the calculations machinability according to shape of chip at cutting speed 4 mmin-1 is almost the same and equal to one This means that machinability of both materials is good at the speed 4 mmin-1 if chosen reference material real corresponds with optimal machinability according to shape of chip If machinability according to shape of chip Ktt is closer to the one then machinability is better at the conditions of machining In examining materials machinability according to shape of chip at cutting speed of 8 mmin-1 there are observed differences in the radius of chip curvature

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

From these calculations i tis possible to conclude that material EN 16MnCr5 has better machinability than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed 8 mmin-1 because 0839 is closer to one whole Machinability according to shape of chip was solved by analogy at cutting speed of 16 mmin-1 but the first there was designated the mean radius of chip because of spiral character creating chips For material EN 16MnCr5 is Ktt = 116 and for material EN X5CrNi18-10 is Ktt = 066 So material EN 16MnCr5 has better machinability according to shape of chip than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed of 16 mmin-1 as well

This argument can also be compared on the basis of material content of chemical elements which also affect the machinability of the material Chemical elements in these materials which the most affect machinability is shown in Table 2 (Tab 2)

160

Tab 2 Chemical elements affecting the machinability of materials

Material C Mn P Cr

EN C45 042 ndash 050 050 ndash 080 004 max 025

EN 16MnCr5 014 ndash 019 110 ndash 140 0035 080 ndash 110

EN X5CrNi18-10

0029 187 003 1826

Hardness of the steel increases with carbon content similar machinability decreases if carbon content increases The impact of individual elements in steel on its relative machinability [3]

C ndash Increasing the carbon content leads to deterioration by the dynamic and kinetic machinability (increases strength and hardness of steel) In finishing where it depends on the quality of machined surfaces higher carbon content improves micro geometry machinability

Mn ndash The effect manganese is bound to carbon content With the increase of manganese content is aggravated by the kinetic and dynamic machinability However with the increase manganese content micro geometry machinability improves

P ndash Phosphorus reduces the plasticity of steel already at content an 01 significantly improves the machinability and supports breaking chips

Cr ndash With more content increases the strength and toughness of steel it deals to deterioration by the dynamic and kinetic machinability but it improves micro geometry machinability

CONCLUSION

Milling is one of the basic methods of machining where material is removed interrupted cut A characteristic feature of this operation is that the removed material does not have a constant section ie the observed chip thickness is variable value That is why the mean chip thickness hm was determined From groups of chips which were obtained in milling at given cutting speed were chosen representative samples There was noted the radius of chip curvature under 50 times magnification However it has to be taken into account the inaccuracy of this method because the chip thickness is not constant and there is some distortion The selection the reference material was assumed that material EN C45 has optimal machinability and was chosen as the reference material All three materials have good machinability according to shape of chip at cutting speed of 4 mmin-1 When increasing the cutting speed there was observed the first changes and material EN 16MnCr5 has better machinability than material

161

EN X5CrNi18-10 Machinability according to shape of chip was also confirmed by machinability according to content of chemical elements in the material According to the carbon content could be said that the material EN 16MnCr5 has the best machinability but the chromium content makes the material tougher and so makes its kinetic and dynamic machinability worse Since corrosion resistant steel EN X5CrNi18-10 has the largest chromium content ie is tough and therefore has worse kinetic and dynamic machinability than previous materials If the goal was to get a good surface quality would be material EN X5CrNi18-10 in the first place thanks to the highest manganese content Machining was recorded using high speed camera Phantom For the records it was observed twisting of chip and their removal from the cutting zone Chips were twisted into certain radius but in machining stainless steel higher cutting speeds were the highest recorded value of the radius of chip curvature Observation of chip formation is more extended in turning than in milling However it is important to follow the features of various technological operations because each is different and brings a deeper understanding of relations of technological processes

REFERENCES

1 DeGarmo E P et al Materials and Processes in Manufacturing John Wiley amp Sons Inc New York 2003 ISBN 0-471-65653-4 s 1154

2 Sandvik Coromant Přiacuteručka obraacuteběniacute Scienta Praha 1977 ISBN 91-97-22-99-4-6 s 457

3 Vasilko K Teoacuteria a prax trieskoveacuteho obraacutebania Cofin Prešov 2009 ISBN 978-80-553-0152-5 s 530

4 KUŠNEROVAacute Milena et al Derivation and measurement of the velocity parameters of hydrodynamics oscillating system In Strojarstvo Journal for theory and application in mechanical engineering vol 50 no 6 (2008)p 375-379 ISSN 0562-1887

5 Ducobu F Filippi E Rivieacutere-Lorpheacutevre E Chip Formation and Minimum Chip Thickness in Micro-milling [cit 23122010] Dostupneacute na internete

lthttpwwwgeniemecafpmsacbeRechercheArticlesducob2009apdfgt

6 HSS Smart Guide 05 Milling [cit 1432010] Dostupneacute na internete lthttpwwwhssforumcomSmartGuideENhtmgt

The paper was created with the support of the Ministry of Education Science Research and Sport of the Slovak Republic through grant VEGA 1088510 and in cooperation with the Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering

162

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim

SUMMARY

Polish membership into the European Union has given great opportunities to use various forms of support and created new conditions for agricultural development Although the introduction of an attractive payment system under the agri-environmental program was implemented organic farms are still at margin We have seen almost double the number of organic farms (from 9187 to 17138 farms) between 2006 and 2009 but still they constitute a small proportion of the total number of farms overall

The aim of this study was to analyze the development of organic farms in the years 2006 - 2009 in Masovia using as an example of an organic farm in Jankowice and available literature Conducted a case study of an organic farm located in the province and then used the results as the basis for the SWOT analysis It was found that the development of organic farms are restricted by a lack of organization of the market for organic products in particular the lack of proper distribution systems advertising and promotion Organic farms seem to function mostly due to the subsidies received from the government than from the sales of organic products themselves

WSTĘP

Postępujące skażenie środowiska i żywności stanowi realne zagrożenie we wspoacutełczesnym świecie Za to skażenie odpowiedzialny jest nie tylko przemysł ale roacutewnież rolnictwo gdzie korzysta się z nawozoacutew sztucznych i toksycznych środkoacutew ochrony roślin W celu poprawy tej sytuacji dąży się do redukcji szkodliwych środkoacutew chemicznych i przejścia na organiczne metody uprawy

W wysoko rozwiniętych krajach rolnictwo tradycyjne przez masowe stosowanie przemysłowych środkoacutew produkcji (środki ochrony roślin nawozy mineralne itp) oraz postęp biologiczny (wydajne rasy zwierząt i wysoko plonujące odmiany roślin) osiągnęło wielki postęp produkcyjny co doprowadziło do szeregu ujemnych konsekwencji

następstwem nadprodukcji artykułoacutew żywnościowych jest spadek ich cen (poza ostatnim okresem wynikającym z następstw pogodowych i spekulacyjnych) i opłacalności produkcji

163

spadek zaufania konsumentoacutew do jakości żywności produkowanej intensywnymi metodami wynika z zagrożeń związanych ze skażeniem produktoacutew dioksynami czy BSE (zwaną potocznie bdquochorobą szalonych kroacutewrdquo)

postępująca degradacja środowiska wynikająca z nasilenia się niekorzystnego wpływu rolnictwa na środowisko naturalne (takiego jak spadek żyzności gleby zanieczyszczenie woacuted powierzchniowych i gruntowych)

W Polsce aby nie dopuścić tego rodzaju zjawisk społecznych i przyrodniczych zaistniała pilna potrzeba zmiany polityki rozwoju rolnictwa i obszaroacutew wiejskich Członkostwo Polski w Unii Europejskiej dało duże możliwości korzystania z roacuteżnych form wsparcia oraz stworzyło nowe warunki dla rozwoju rolnictwa Komisja Europejska zaproponowała strategiczne podejście ktoacutere znalazło swoje odbicie w Programie Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich (PROW) PROW jest dokumentem ktoacutery określa zakres i rodzaj wsparcia obszaroacutew wiejskich w Polsce Z uwagi na dobry stan środowiska przyrodniczego oraz znaczną roacuteżnorodność biologiczną Polski wprowadzono stosowne instrumenty wsparcia i motywacji dla producentoacutew rolnych ktoacutere sprzyjają utrzymaniu i poprawie stanu środowiska przyrodniczego W ramach Planu Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich producent rolny ktoacutery prowadzi gospodarstwo metodami ekologicznymi może otrzymać dotację do hektara upraw ekologicznych na podstawie wniosku o przyznanie płatności z tytułu wspierania przedsięwzięć rolno środowiskowych i poprawy dobrostanu zwierząt (w ramach pakietu Rolnictwoekologiczne) Rolnik ktoacutery posiada certyfikat bądź rolnik ktoacutery dopiero rozpoczął produkcję ekologiczną może ubiegać się o dofinansowanie

Jednakże Polska wciąż nie jest w czołoacutewce krajoacutew członkowskich UniiEuropejskiej a produkty rolnictwa ekologicznego wciąż stanowią margines ogoacutelnej produkcji rolnej Według stanu na dzień 31 grudnia 2009 roku w Polsce gospodarstwa o profilu ekologicznym prowadziło 17 091 rolnikoacutew co stanowiło zaledwie około 1 ogoacutelnej liczby gospodarstw rolnych

MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ

Badaniem objęto gospodarstwo ekologiczne w Jankowicach w powiecie radomskim w wojewoacutedztwie mazowieckim W przeprowadzonym badaniu posłużono się metodą studium przypadku (case study) przy użyciu kwestionariusza wywiadu ktoacutery stanowił podstawowe źroacutedło informacji do opisu i analizy gospodarstwa Jest to metoda oparta na szczegoacutełowym opisaniu określonego przypadku ktoacuterego analiza kończy diagnozę wnioskiem Studium przypadku pozwala spojrzeć na problemy w obszerniejszym kontekście i tworzyć alternatywne rozwiązania jednak nie może stanowić podstawy do uogoacutelnień

164

W celu uzupełnienia tej metody badawczej zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron organizacji oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu Nazwa SWOT jest akronimem angielskich słoacutew Strengths (mocne strony przedsiębiorstwa) Weaknesses (słabe strony przedsiębiorstwa) Opportunities (szanse w otoczeniu) Threats (zagrożenia w otoczeniu) Celem analizy jest pokazanie istniejących w przedsiębiorstwie możliwości produkcyjnych i szczegoacutełowe określenie perspektyw organizacyjnych Program działania ustala się na podstawie jego silnych stron (atutoacutew) natomiast eliminację pomyłek w przyszłości wyznacza się z analizy słabości

Analizę opracowano na podstawie dostępnej literatury bdquoMetoda analizy SWOT jako narzędzie analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesurdquo autorstwa R Baum i W Wielicki

Analizę mocnych i słabych stron gospodarstwa przeprowadzono oceniając czynniki elementarne w pięciu obszarach krytycznych takich jak pozycja rynkowa organizacja i zarządzanie zasoby finanse sytuacja prawna W obszarze bdquopozycja rynkowardquo rozpatrywano dwa subobszary pozycję konkurencyjną na rynku wojewoacutedztwa oraz stopień rozwoju w produkcji Oceniając pierwszy subobszar brano pod uwagę możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji oraz dystrybucję Na ocenę stopnia rozwoju w produkcji złożyły się stopa rozwoju w ostatnich latach potencjał oraz liczba konkurentoacutew

W obszarze bdquostan organizacji i zarządzaniardquo poddano ocenie trzy czynniki elementarne tj struktura organizacyjna rozlokowanie przestrzenne majątku i napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń) Obszar bdquozasobyrdquo był najbardziej złożony z ocenianych Składał się z pięciu subobszaroacutew zasoby ludzkie zasoby technologiczne zasoby rzeczowe zasoby finansowe i zasoby niematerialne Kwantyfikacji zasoboacutew ludzkich dokonano wartościując kwalifikacje kadry kierowniczej Do oceny zasoboacutew technologicznych brano pod uwagę wdrażanie nowych technik i technologii produkcji szanse unowocześnienia i zmian w technologiach oraz stosowanie płodozmianu

W zasobach materialnych przeprowadzono analizę czterech subobszaroacutew tj budynkoacutew i maszyn zapasoacutew ziemi i inwentarza żywego Zasoby finansowe gospodarstwa analizowano w kontekście dostępu do źroacutedeł finansowania i proporcji środkoacutew własnych w tym finansowaniu w stosunku do środkoacutew z zewnątrz Kryteriami branymi pod uwagę w subobszarze zasoby niematerialne były reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie marka znak firmowy oraz nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe Analizując sytuację finansową oceniano rentowność i zadłużenie Ostatnim obszarem branym pod uwagę w analizowaniu mocnych i słabych stron przedsiębiorstw rolnych była ich sytuacja prawna czyli stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

165

roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych oraz wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

W analizie czynnikoacutew otoczenia mających wpływ na efektywność gospodarowania rozpatrywano obszary dotyczące sytuacji makroekonomicznej rynkowej konkurencyjnej zaopatrzeniowej technologicznej geograficznej i społecznej Na stan sytuacji makroekonomicznej składają się następujące czynniki stan gospodarki i prognozy jej rozwoju poziom inflacji i oprocentowanie bankowe kredytoacutew W ocenie sytuacji rynkowej brano pod uwagę sieć sprzedaży Kategorie czynnikoacutew związanych z konkurencją rozpatrzono z dwoacutech punktoacutew widzenia liczbę konkurentoacutew oraz stopień ekspansji konkurencji na rynku Analizując stan zaopatrzenia oceniano warunki zaopatrywania się w środki produkcji oraz ceny usług i źroacutedeł energii W ocenie obszaru bdquopostęp technologicznyrdquo wyszczegoacutelniono dwa czynniki stosowane metody produkcji i stosowany sprzęt techniczny W grupie czynnikoacutew składających się na sytuację geograficzną otoczenia brano pod uwagę zmiany klimatyczne oraz umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew

W obszarze sytuacja społeczna oceniano głoacutewnie preferencje konsumenckie

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Wyniki wywiadu ktoacutere uzyskano na podstawie kwestionariusza w metodzie studium przypadku przedstawiono wraz z wynikami potrzebnymi do opisu i analizy gospodarstwa w tabeli 1

Tabela 1 Studium przypadku ndash działalność gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

POZYCJA RYNKOWA

Pozycja konkurencyjna na rynku wojewoacutedztwa

Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji Niewielkie

Dystrybucja (powiązania na rynku stali kontrahenci sprawność kanałoacutew dystrybucji)

brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru sprzedaż głoacutewnie na targowiskach

Stopień rozwoju w produkcji

Stopa rozwoju w ostatnich latach (wzrost areału pogłowia itp)

w ciągu ostatnich 5 lat powiększenie areału o 8 ha zwiększenie pogłowia drobiu do około 1000 sztuk

Potencjał (możliwości zwiększenia produkcji)

Niewielki

Liczba konkurentoacutew w najbliższej okolicy liczbę konkurentoacutew szacuje się na 4 gospodarstwa ekologiczne

166

STAN ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

Struktura organizacyjna gospodarstwo prowadzone jest przez małżeństwo niezatrudniające innych pracownikoacutew

Rozlokowanie przestrzenne majątku Dobre

Napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń)

częste występowanie spiętrzeń w cyklu technologicznym

ZASOBY

Zasoby ludzkie

Kwalifikacje pracownikoacutew gospodarze posiadają wykształcenie zawodowe rolnicze oraz ponad 10ndashletnią praktykę zawodową

Zasoby technologiczne

Wdrażanie nowych technik i technologii produkcji

nabycie ciągnika pługa wahadłowego i wozu asenizacyjnego

Szanse unowocześnienia i zmian w technologiach

Niewielkie

Stosowanie płodozmianu w gospodarstwie praktykuje się duży stopień płodozmianu

Zasoby materialne

Budynki i maszyny

stan techniczny budynkoacutew i maszyn uznać należy jako dobry natomiast stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb jako wysoki

Zapasy wielkość zapasoacutew jest utrzymywana na średnim poziomie warunki składowania są dobre

Ziemia gospodarstwo znajduje się na terenie nizinnym ukształtowanie rozłogu jest korzystne jakość gleb średnia

Inwentarz żywy

stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych jest bardzo dobry wydajność produkcyjna zwierząt oraz ich kondycja została oceniona jako dobra

Zasoby finansowe

Dostęp do źroacutedeł finansowania gospodarstwo korzysta z dopłat z UE w ramach programu rolno środowiskowego

Proporcje finansowania gospodarstwa majątek finansowany jest w przeważającej części przez obce źroacutedła finansowania

Zasoby niematerialne

Reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie

Średnia

Marka znak firmowy nie posiada

Nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe i podobne wartości

posiada certyfikat uprawniający do sprzedaży żywności ekologicznej

167

SYTUACJA FINANSOWA

Rentowność uzyskuje średni wynik rentowności

Zadłużenie

występuje zadłużenie spowodowane wysokim kredytem preferencyjnym spłaty zobowiązań kredytowych pokrywane są na bieżąco

SYTUACJA PRAWNA

Stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

własność prywatna obciążona hipoteką

Roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych nie występują

Wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

nie występuje

SYTUACJA MAKROEKONOMICZNA

Stan gospodarki i prognozy jej rozwoju umiarkowanie korzystne

Poziom inflacji w Polsce inflacja w grudniu 2010 r wyniosła 31

Oprocentowanie bankowe kredytoacutew rolnicy mogą zaciągać kredyty na zakup ziemi oprocentowane na 2 w skali roku

SYTUACJA RYNKOWA

Sieć sprzedaży nie ma jeszcze wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej rynek zbytu formuje się bardzo powoli

SYTUACJA KONKURENCYJNA

Liczba konkurentoacutew w 2009 r w Polsce gospodarstwa ekologiczne prowadziło 17091 rolnikoacutew w wojewoacutedztwie mazowieckim 1673

Stopień ekspansji konkurencji na rynku

w 2009 r gospodarstw ekologicznych było o 15 więcej niż rok wcześniej w 2008 r było ich o 255 więcej niż w 2007 r w 2007 r w odniesieniu do 2006 liczba ta wzrosła o 29

STAN ZAOPATRZENIA

Warunki zaopatrywania się w środki produkcji

Korzystne

Ceny usług i źroacutedeł energii niekorzystne relacje cen pomiędzy środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

168

POSTĘP TECHNOLOGICZNY

Stosowane metody produkcji umiarkowanie korzystne

Stosowany sprzęt techniczny

umiarkowanie korzystne (sukcesywnie do poprawy sytuacji finansowej nabywany jest jakościowo lepszy sprzęt techniczny)

SYTUACJA GEOGRAFICZNA

Zmiany klimatyczne występujące coraz częściej susze ulewy nadmierne opady śniegu

Umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew Korzystne

SYTUACJA SPOŁECZNA

Preferencje konsumenckie rosnący popyt na żywność ekologiczną

W celu uzupełnienia metody studium przypadku zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron gospodarstwa oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu (tab 2)

Tabela 2 Analiza SWOT gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

MOCNE STRONY SŁABE STRONY

CZ

YN

NIK

I W

EW

TR

ZN

E

- wzrost areału w ostatnich latach - korzystne rozlokowanie przestrzenne majątku - ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy - wdrażanie nowych technik i technologii produkcji - stosowanie płodozmianu - dobry stan budynkoacutew gospodarczych - wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb - niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego - dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania - korzystne ukształtowanie rozłogu - bardzo dobry stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych - dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie - dostęp do źroacutedeł finansowania

- brak możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji - brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru - niewielkie możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług - stale zwiększająca się liczba konkurentoacutew - częste występowanie napięć (czy spiętrzeń) w cyklu technologicznym - bardzo duże obciążenia kredytowe - brak własnej marki i znaku firmowego - niewielka renoma na rynku

169

SZANSE ZAGROŻENIA

CZ

YN

NIK

I Z

EW

TR

ZN

E

- stan gospodarki i prognozy jej rozwoju - wsparcie rozwoju gospodarstw ekologicznych przez instrumenty finansowe - niskie oprocentowanie bankowe kredytoacutew - postawy konsumentoacutew zdrowej żywności - warunki zaopatrywania się w środki produkcji - rosnący popyt na żywność ekologiczną-pojawienie się nowych grup klientoacutew - wymiana doświadczeń

- wzrastająca inflacja - słabo zorganizowany rynek dystrybucji produktoacutew ekologicznych - stopień ekspansji konkurencji na rynku - wzrost cen środkoacutew produkcji usług i źroacutedeł energii - postępujące zużycie sprzętu technicznego - niekorzystne zmiany klimatyczne - dominacja na rynku produktoacutew spożywczych taniej żywności o niskiej jakości

Rolnictwo ekologiczne to najbardziej przyjazny przyrodzie sposoacuteb produkcji rolniczej ktoacutery wpływa na zwiększenie żyzności gleby i zachowanie roacuteżnorodności biologicznej i krajobrazowej Nie przeciąża środowiska bardziej niż naturalne ekosystemy oraz wpływa na rozwoacutej wsi w aspekcie kategorii społecznych jak i kulturowych Wyeliminowanie chemii rolnej oraz spożywczej wiąże się z osiągnięciem wysokich wartości biologicznych i zdrowotnych produktoacutew Rolnictwo ekologiczne jest najbardziej wydajnym gospodarowaniem uwzględniając nie tylko koszty produkcji w gospodarstwie ale roacutewnież koszty przyrodnicze i społeczne Inspiruje także do wdrażania efektywniejszej organizacji pracy oraz motywuje i aktywizuje mieszkańcoacutew wsi Rolnictwo ekologiczne to najbardziej optymalna forma gospodarowania Wymaga jednak zaangażowania i wiąże się z ciągłym pogłębianiem wiedzy Celem rolnictwa ekologicznego jest zachowanie roacutewnowagi między zasobami ekologii a wymogami ekonomii

Niejeden producent rolny ktoacutery prowadzi nieintensywną produkcję rolną może rozważyć przejście na ekologiczne metody gospodarowania Korzystne warunki przyrodnicze i społeczne oraz wsparcie finansowe w ramach programoacutew rolnośrodowiskowych są czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rolnictwa ekologicznego w Polsce Unia Europejska oferuje dopłaty dla rolnikoacutew ktoacuterzy zdecydowali się gospodarować ekologicznie w wysokości od 260 zł na hektar rocznie (trwałe użytki zielone) do 1800 zł (uprawy sadownicze i jagodowe) Niskie oprocentowanie kredytoacutew preferencyjnych daje możliwość nabycia maszyn dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować zatrudnienie

Inflacja należy do najbardziej groźnych czynnikoacutew elementarnych o charakterze politycznym i ogoacutelnoekonomicznym mających nadal

170

niekorzystny wpływ na efektywność gospodarowania dlatego stanowi zagrożenie dla funkcjonowania gospodarstwa

Niekorzystnie przedstawia się brak systemu właściwej dystrybucji Nie ma obecnie zbyt wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Rynek zbytu formuje się bardzo powoli dlatego przedsiębiorcy ostrożnie przymierzają się do prowadzenia firm w tej branży

Istotnym zagrożeniem dla funkcjonowania gospodarstwa ekologicznego są zmiany klimatyczne to jest susze ulewy czy nadmierne opady śniegu ktoacutere mają bezpośredni wpływ na produkcję roślinną

Analizowane gospodarstwo ekologiczne znajduje się w miejscowości Jankowice w wojewoacutedztwie mazowieckim Gospodarstwo cechuje ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy wdrażanie nowych technik i technologii produkcji stosowanie płodozmianu dobry stan budynkoacutew gospodarczych wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania korzystne ukształtowanie rozłogu oraz dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie Stopa rozwoju jest stabilna o czym może świadczyć wzrost areału i pogłowia w ostatnich latach

Słabą stroną gospodarstwa jest brak firm w okolicy zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji jak roacutewnież możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług są niewielkie Słabą stroną gospodarstwa są roacutewnież bardzo duże obciążenia inwestycyjne oraz brak własnej marki i znaku firmowego

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce zależy od wielu czynnikoacutew Niewielki poziom zużycia pestycydoacutew i nawozoacutew mineralnych w poroacutewnaniu ze stanem w krajach wysoko rozwiniętych Unii Europejskiej wiąże się z ekstensywnym charakterem produkcji rolniczej Po przestawieniu gospodarstwa na metody ekologiczne plony nie maleją w tak wysokim stopniu jak w przypadku gospodarstwa produkującego intensywnie Często zdarza się roacutewnież iż rolnicy po przejściu z ekstensywnych metod produkcji na ekologiczne uzyskują lepsze plony W krajach zachodnich można zaobserwować większe zainteresowanie produktami ekologicznymi co w konsekwencji stwarza możliwość eksportu takich produktoacutew Na dalszy rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce ma wpływ właściwe i powszechne zaangażowanie w szczegoacutelności władz i samorządoacutew rolniczych oraz lokalnych ośrodkoacutew doradztwa rolniczego ktoacutere miałyby odzwierciedlenie w szkoleniu rolnikoacutew podejmujących się przejścia na taki rodzaj gospodarowania oraz większe zaangażowanie placoacutewek naukowo ndash badawczych jak i wyższych uczelni rolniczych w badaniach na rzecz rolnictwa ekologicznego Jednak największą szansą dla rozwoju gospodarstw ekologicznych w Polsce jest rosnące zainteresowanie konsumentoacutew żywnością wysokiej jakości wynikające z

171

troski o zdrowie i obawami związanymi z chorobami spowodowanymi skażoną żywnością

WNIOSKI

1 Odchwaszczanie metodą mechaniczną jest uciążliwe a uprawa roślin

bez nawozoacutew sztucznych i chemicznych środkoacutew ochrony roślin jest

droższa

2 Mimo atrakcyjnego systemu dopłat uprawy ekologiczne nadal są

nieopłacalne między innymi z powodu braku właściwego systemu

dystrybucji Rynek zbytu tworzy się bardzo wolno dlatego

przedsiębiorcy ostrożnie decydują się na prowadzenie firm w tej

branży

3 Rozwoacutej rolnictwa ekologicznego jest ograniczony brakiem organizacji

rynku produktoacutew ekologicznych oraz brakiem ich reklamy i promocji

Nie ma roacutewnież ogoacutelnodostępnych informacji o rolnikach

ekologicznych co wynika z ochrony danych osobowych co bardzo

utrudnia dostęp handlowcom i konsumentom do produktoacutew

ekologicznych

4 Ograniczenie stanowi skala produkcji Gospodarstwa ekologiczne są

niewielkie i w konsekwencji nie są w stanie dostarczać tak dużych

partii produktoacutew jakich oczekują odbiorcy

5 Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych zależy od zainteresowania

konsumentoacutew zdrową żywnością oraz gotowością producentoacutew do

spełnienia ich oczekiwań Żywność bez konserwantoacutew i agrochemii

a w szczegoacutelności niemodyfikowana genetycznie to produkt bardzo

pożądany zwłaszcza przez zamożniejszych konsumentoacutew jednak

wciąż dominuje na rynku tania żywność o niskiej jakości

6 Rosnące zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości to realna

szansa na zwiększenie dochodoacutew gospodarstwa a pracochłonne

i długotrwałe metody produkcji powodują tworzenie nowych miejsc

pracy

7 Prowadzenie gospodarstwa ekologicznego daje możliwość eksportu

produktoacutew ekologicznych na rynek Unii Europejskiej

8 Wciąż rosnąca liczba gospodarstw ekologicznych wpływa na

powstawanie firm ktoacutere zajmują się obrotem produktoacutew ekologicznych

oraz punktoacutew ich sprzedaży

172

9 Niskoprocentowe kredyty preferencyjne umożliwiły nabywanie maszyn

dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze

wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć

dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować

zatrudnienie

10 Powstawanie nowych firm oferujących roacuteżnego rodzaju środki

produkcji wpływa na znaczne ułatwienia w ich nabywaniu Jednakże

wzrost konkurencji pomiędzy firmami z otoczenia rolnictwa nie

odzwierciedla się w proponowanych cenach na środki produkcji

i usługi Stale powiększa się niekorzystna relacja cen pomiędzy

środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

11 Przedsiębiorstwa aby przetrwać i utrzymać się na rynku muszą

przewidywać i trafnie oceniać swoją sytuację tj zdolność do

efektywnego działania i zdolność do rozwoju w zmieniającym się

otoczeniu Warunkiem odniesienia sukcesu przez gospodarujących

jest podejmowanie decyzji pozwalających dostosować działalność do

sytuacji rynkowej W tym celu niezbędne staje się określenie atutoacutew

i słabości gospodarstw oraz identyfikacja okazji i pułapek ktoacutere tkwią

w otoczeniu

LITERATURA

1 Baum R Wielicki W 2004 Metoda analizy SWOT jako narzędzie

analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesu Wyd Akademii

Rolniczej im Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Poznań

2 httpminrolgovpl

Development of organic farms in 2006 ndash 2009 in Masovia

173

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin

Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey) Federal Research Centre for Cultivated Plants Julius Kuehn Institute Application Techniques Division Messeweg (Germany) Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey)

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel

ABSTRACT

In spite of harmfull effects of pesticides on environment and its inhabitants pesticides should be used To minimize the negative effects of the pesticides the spraying should be done not only on the right time and with enough amount of right pesticide but also with the appropriate equipmentIn Aegean Region (Turkey) there are about 500000 ha vineyards Vineyard farmers generally apply pesticides in high application rate with high frequency (sometimes 20-25 times a year) But there are no drift preventing systems on the generally air-assisted sprayers which are used there The constructive enhancement on the currently used machines will be expensive and time consuming But it is known that the cheapest and easiest thing that can be applied on the machine to reduce spray drift is to choose a suitable nozzleIn this study trials were made in the wind tunnel located in the Institute for Application Techniques in Crop Protection Julius Kuumlhn Institute (Formerly BBA) Braunschweig Germany In the trials Teejet Air Induction (AI) Air Induction XR (AIXR) Extended Range Flat Fan (XR) and domestic manufactured Hollow Cone Nozzles were used And for reference nozzle Lurmark conventional 110o flat fan nozzle was used This study is made for determining the nozzle which will cause the least spray drift under controlled conditions

Keywords Air-Asissted Sprayer Air Induction (AI) Nozzle Air Induction XR Nozzle Extended Range Flat Fan (XR) Nozzle Hollow Cone Nozzle

INTRODUCTION

Viticulture is one of the most important branches of Turkish agriculture It has a great importance in Turkeyrsquos agricultural structure and it makes great contributions to Turkish economy Turkey has some advantages in the production of grape Not only the climate but also the soil is convenient for the production of grape In Turkey there are approximately 500000 enterprises occupied with viticulture However these are small scale enterprises 87 of which are below 10 haThe vast majority of Turkeyrsquos vineyards are owned by small independent farmers In Turkey the highest

174

total area of vineyard is in the Aegean Region This area is 33 of the total vineyards of Turkey Aegean Region ranks the 1st Mediterranean Region the 2nd Central-South Region the 3rd in terms of fresh grape productionWhile 75 of the fresh grapes of the approximate 4 million tons of production was consumed inland 25 of them was exported as dried grape table grape and a very small quotient as wine In 2008 total income from grape export has reached to 520 million dollars of which 1694 million dollars belong to table grape and 3495 million dollars belong to dried grape (Ccedilelik H 2010)

SPRAY DRIFT

During the pesticide application according to the application type some amount of the pesticide goes away from the target When the pesticide droplets or particles move through the air at the time of pesticide application or soon thereafter from the target site to any non- or off-target site this is called spray drift High concentrations of pesticide drift in the air can cause acute poisonings resulting in serious illness and in rare cases death Pesticide drift can also harm the local environment by contaminating waterways air and soil killing fish birds and other wildlife Not all pesticide drift happens during or right after a pesticide application Some pesticides continue to evaporate from fields for several days to several weeks after an application is completed People who live near farms or in the city can all be affected by pesticide drift

Drift is undesirable for economic environmental and safety reasons It should be reduced to minimum levels because it results in inefficient use of application equipment and applicator time it may result in under-application of chemicals and ineffective pest control which leads to additional applications reduced yield and higher production costs it may result in over-application if the applicator knowingly over-applies chemicals to compensate for drift losses and to ensure the desired level of control losses andor costly litigation may result if sensitive crops in adjacent fields are damaged unintentional contamination of foodstuffs from unacceptable pesticide residues can result in mandatory destruction of the crop it may contribute to pollution of air and water resources and it may affect the health and safety of susceptible human and livestock populations (Ozkan E 1998) The ideal nozzle-pressure combination should maximize spray efficiency by increasing deposition and transfer of a lethal dose to the target while minimizing residues off-target losses such as spray drift and user exposure (Nuyttens et al 2009) In Turkey vineyard farmers mostly use mounted and pto-driven conventional air-assisted sprayers The axial fan air-assisted sprayer fitted with hydraulic hollow cone nozzles is the predominant design of sprayers used in orchards It produces a large radial spray plume which could involve a significant risk of off-target contamination by spray drift and losses on the ground a subject of increasing public concern (Jamar L 2010) They prefer to use these

175

sprayers in vineyards because the increases crop penetration and higher pesticide deposition on the both upper-side and under-side of the leaves

However Turkish farmers make some mistakes during the applications Dependent on the plant canopy farmers operate the sprayers with only 2 or 3 nozzles with a very high operating pressure by adjusting the regulator at about 20-25 bar during the application This kind of high operating pressure produces small droplets which may easily increase the drift amount Additionally as a result of the unsuccesful applications they apply pesticides in high application rate with high frequency The most interesting thing is the sprayers which are used in vineyard spraying do not have any drift preventing systems Since it is expensive to modificate available sprayer to reduce drift amaount by changing nozzle type and size will be easier and cheaper way to control drift The main objectives of this study were to measure airborne spray deposits of different nozzle types and sizes in a wind tunnel to determine their drift potential using wind tunnel approaches and to compare the drift potential results with the reference spraying

MATERIAL AND METHODS

Whilst field research is appropriate to obtain realistic estimates of drift with sprayers under a range of working conditions and also to validate spray drift models the controlled conditions found in wind tunnels make them well suited for studies where relative drift values are required (Nuyttens et al 2009) Wind tunnel experiments provide an efficient method for supporting and complementing the data derived from field experiments They can be used to measure airborne spray and in some cases the size and velocities of drifting droplets The nozzles mounted in the wind tunnel may provide suitable methods for measuring and classifying the performance of nozzle systems without the effects caused by the sprayer or the tractor on which the nozzles are normally mounted

In this study the wind tunnel measurements were carried out in the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig GermanyThe wind tunnel was constructed as a closed loop in 1993 The advantage of the close loop is to determine the potential of sprays to drift can be made with different spraying systems under directly comparable and repeatable conditions which is not the case for field measurements The measuring section of the tunnel was made of stainless steel Measuring partrsquos length is 10 m width 24 m and height 16 m

The control unit allows adjusting of air temperature relative humidity and the air velocity in order to produce the required conditions for the applicationsThe air temperature can be adjusted from 10 to 30ordmC relative humidity from 40 to 80 air speed up to 15 ms Windtunnel protocols are essential for determining the drift potentials The measuring method is in

176

conformity with ISO 22856 - Equipment for crop protection-Methods for the laboratory measurement of spray drift-Wind tunnels

Trials were conducted at (2plusmn002) ms air speed (20plusmn1) oC temperature and (80plusmn5) relative humidity conditions As the sampling surface strings made of polyethylene (PE) with a diameter of 2 mm were used Pyranin was used as fluorescent tracer dye The concentration of pyranin was 1 The nozzle was oriented to discharge spray downward toward the wind tunnel floor In the experiments Teejet (Spraying Systems Co Wheaton USA) AI XR AIXR and local production hollow cone nozzles were used For reference nozzle Lurmark (Hypro EU Limited Longstanton Cambridge UK) conventional 110ordm flat fan nozzle of size 03 was used The working pressure for this nozzle was 3 bar Spraying time differs according to different application rates If the spraying time is too long the droplets may easily drop to the ground during drying and carrying To prevent this pre-trials were made to determine the spraying time according to the type of the nozzle and the aplication rate After each spray run strings were allowed to dry and then every string was passed throught the U-tube that contains 5 ml of deionized water During this application U-tube was inside the ultrasonic bath (Brainsonic 52) for better dissolving of the residue amount on the string Then the liquid inside the U-tube was passed through Kontron SFM 25 fluorometer (Kontron Instruments AG Zurich Switzerland) and the measurements were recorded

RESULTS AND DISCUSSION

The results obtained from the experiments conducted in the wind tunnel for various nozzles are given in Figure 1

Figure 1 Drift amount (ml s-1) according to the nozzles A=Nozzles with low application rate B=Reference nozzle C=Nozzles with mid application

rate D=Nozzles with high application rate

The drift amount according to the nozzles are given in Figure 1 Letter ldquoBrdquo is the reference nozzle Letter ldquoArdquo represents low ldquoCrdquo represents mid and ldquoDrdquo

177

represents high application rates Drift amount increased with the increasing of the application rate During the low application rate highest drift occured when 12 mm nozzle was used in 8 bars Nevertheless in mid and high application volumes highest drift occured at working with 12 mm nozzle and XR 110-08 VP nozzles Spraying pressures for these nozzles were 10 and 25 bar for mid application rate 6 and 4 bar for high application rate respectively Although the application rate for local production hollow cone nozzle is approximately half of XR type nozzle the drift amount was higher in low application rate For the mid and high application rates conventional and XR type nozzle had the highest drift

Airborne drift volume flux for the low mid and high application rate nozzles versus heights are shown in figures 2 3 and 4 In Figure 2 the maximum drift was measured on 100 mm and 200 mm heights for the nozzle 12 mm-8 bar In Figure 3 on 100 mm height the maximum drift was for 12 mm-8 bar and on 200 mm height for the nozzle XR 110-08 VP-25 bar In Figure 4 the maximum drift was for XR 110-08 VP-4 bar on 100 and 200 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-05 VS-3 bar

AIXR 110-04-4 bar

XR 110-08 VP-1 bar

12 mm-8 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 2 Airborne drift volume flux for the low application rate nozzles according to the heights

178

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-4 bar

AIXR 110-06-4 bar

XR 110-08 VP-25 bar

12 mm -10 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 3 Airborne drift volume flux for the mid application rate nozzles according to the heights

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Hei

gh

t (m

m)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-6 bar

AIXR 110-06-6 bar

XR 110-08 VP-4 bar

15 mm-6 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 4 Airborne drift volume flux for the high application rate nozzles according to the heights

AI and AIXR nozzles provided a lower drift compared to local and XR nozzles As a common view air induction nozzles decrease drift by increasing the droplet size (Hofman V and Solseng E 2001 Ozkan 1998) Drift reduction percentage means that the nozzle reduces the drift amount in percentage compared to the reference nozzle In Table 1 drift reduction percentages of the nozzles were calculated according to the reference nozzle AI 110-05 VS provided the lowest drift potential according to the reference nozzle At low application rate only the local nozzle (12 mm-8bar) had high drift potential

179

Table 1 Percentage of the drift reduction facilities of the nozzles according to the reference nozzle

Nozzles Drift Reduction () Aplication Rate Classification

AI 110-05 VS-3 bar 72

Low AIXR 110-04-4 bar 52

XR 110-08VP-1 bar 47

12 mm-8 bar -46

AI 110-06 VS-4 bar 55

Mid AIXR 110-06-4 bar 45

XR 110-08VP-25 bar -54

12 mm-10 bar -49

AI 110-06 VS-6 bar 5

High AIXR 110-06-6 bar -2

XR 110-08VP-4 bar -123

15 mm-6 bar -80

Lurmark 110-03-3 bar Reference Nozzle

When the application rate was mid the local nozzle (12 mm-8bar) and XR nozzle (110-08VP-25 bar) had high drift potentials When the application rate was high the local nozzle (12 mm-8bar) XR nozzle (110-08VP-25 bar) and AIXR (110-06-6 bar) had high drift potential

Air induction nozzles are relatively new so more research and experience is needed to verify this concept These nozzles produce large drops so coverage may be reduced in the case of their use in applying insecticides and fungicides Some pesticides require small droplets for good coverage and the air-induction type design may not produce the best coverage (Hofman V and Solseng e 2001) Otherwise hollow cone nozzles produces small droplets thus they improve the coverage But in this study the droplet size determinations and field tests were not made Drift values under realistic conditions can only be obtained by means of field drift experiments (Herbst A 2005) For drift measurements the application volume is very important variable because increasing the application volume by increasing the nozzle orifice size also reduces the number of droplets created under 200 microns (Wolf RE 2000) As it was shown before the application rates for the local nozzles were half of the other nozzles Although the spray rate for the local nozzle was too low the drift amount was too much

In pesticide applications Turkish vineyard farmers should pay attention to spray drift Currently used hollow cone nozzles produced more drift than air induction type nozzles To reduce the spraying drift during pesticide application it is recommended to use the nozzles which provided best

180

results during wind tunnel trials Although field tests are deficiency of this study wind tunnel test have a vital importance for the determination of the spray drift under the certain conditions

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to thank the researchers of the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig (Formerly BBA) for their useful supports in the wind tunnel experiments

LITERATURE

1 Ccedilelik H Kunter B Soumlylemezoğlu G Erguumll A Ccedilelik H Karataş

H Oumlzdemir G Atak A 2010 Bağcılığın Geliştirilmesi Youmlntemleri ve

Uumlretim Hedefleri Ziraat Muumlhendisleri 7 Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı 493-513

2 Herbst A 2005 Proceedings of International Symposium on Pesticide

and Environmental Safety Beijing 2005 39-46

3 Hofman V Solseng E 2001 Agricultural and Biosystems

Engineering AE-1210 June 2001 Reducing Spray Drift

4 Jamar LMostade O Huyghebaert B Pigeon O Lateur M 2010

Comparative performance of recycling tunnel and conventional

sprayers using standard and drift-mitigating nozzles in dwarf apple

orchards Crop Protection article in press

doi101016jcropro200912018

5 Nuyttens D Taylor WA De Schampheleire M Verboven P

Dekeyser D 2009 Influence of nozzle type and size on drift potential

by means of different wind tunnel evaluation methods Science Direct

Biosystem Engineering 103 (2009) 271-280

6 Nuyttens D De Schampheleire M Verboven P Brusselman E

Dekeyser D 2009 Droplet size and velocity characteristics of

agricultural spraysVol 52(5) 1471-1480 American Society of

Agricultural and Biological Engineers

7 Ozkan H E 1998 New Nozzles for Spray Drift Reduction Ohio State

University Extension Service Publication AEX 523-98 Columbus

Ohio

8 Wolf R E 2000 Strategies to Reduce Spray Drift Kansas State

University Extension Service

181

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr

Lviv National Agrarian University Scientific guardian ndash Rostyslav Datsuk Prof of the mechanics and power engineering faculty

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines

ANNOTATION

The article examines the problems of implementation of turbo-supercharging of gas-cylinder automobiles and buses and reequipment of gasoline engines into the gas ones

Key words gas-turbine supercharging tursupercharging turbo-compressor mathematic model gas engine

From the history of turbo-supercharging consumption

During the last decades both Ukraine and other countries witnessed considerable interest in turbo-supercharging of automobile engines Turbo-supercharging is able not only to increase an engine capacity without enlargement of its mass and dimensions but also to decrease the fuel consumption and toxicity of exhaust gases Thus the problem of improvement of fuel economic efficiency and decreasing of automobiles toxicity by turbo-supercharging of gasoline can be successfully solved The piston engine turbo-supercharging means the increase of weight filling of a cylinder with air and fuel mixture by means of increasing pressure at the inlet This increase is secured by turbo-supercharging

The air may be supercharged in the engine cylinders in different ways (by the driving blower or gas-conduction turbo-compresor) Turbo-supercharging of the automobile gasoline engines were first implemented in 1952

Air supercharging in the engine cylinder increases pressure and temperature at the inlet and backpressure at the out et

Mixture preparation may be intensified by the carburetor feeding which helps to distribute the mixtures into cylinders in equal portions and to facilitate the filling factor Raising the temperature of the supercharged air causes some decrease of the charge dencity

Due to the turbo-supercharging implementation as well as to the increase of pressure and temperature of the working medium the process of ignition is facilitated All the mentioned above factors secure more qualitative mixture preparation with increased velocities

182

Analysis of the impact of turbo-supercharging on the functioning of internal combustion engines

One of the most promissing directions in the field of improving technical and economic parameters both of the traditional and recently developed internal combustion engines is implementation of gas and turbine supercharging Engine equipment of gas automobiles gives them the opportunities to run with consumption of both compressed gas and gasoline when the turbo-supercharging is turned off and the engine parameters are fixed

One of the most typical ways of the consumption of the natural gas in automobiles is the reequipment of mass-produced gasoline engines with equipment of mass-produced gasoline engines with spark ignition into the gas ones This will save gasoline and help to decrease harmful exhausts contents

Nevertheless re-equipment of the lower heat of combustion of gas and air mixture in comparison with the gasoline and air mixture and worse filling of cylinders with fresh chargings This in its turn will worsen draught and dynamic properties of an automobile Therefore the problem of improving technical and economic parameters of gas engines becomes particularly acute

The capacity of re-equipped engine may be renewed by increasing the level of risk to 10hellip12 units which is quite possible for the natural gas with the octane number of 90-110 opposed to 85-90 in gasolines (according to motor method) But then the engine cannot function on gasoline consumption Thus it will not be universal

There exists another way of improving the filling capacity of gas engines cylinders with fresh charge of turbo-supercharging This approach is quite fresh

Consumption of gas fuel by auto transport is mostly stimulated by our acute need in decreasing the toxicity of exhausts

Because of the described above reason many countries do their bests to re-equip their public transport (first of all buses ) for gas fuel consumption

Nevertheless the majority of automobile gas engines are in fact gasoline engines with spark ignition which operate both on gasoline and gas and therefore they are called the two-fuels engines The compression level is limited by the barrier of work without detonation on gasoline The loss of capacity may be renewed by implementation of gas and turbine supercharging The engine capacity when consuming the natural gas should not be more then in case of consuming gasoline In this way one may prevent mechanic and therminc overloading of engine parts which may cause the early wear and even failures

183

We experimented much with gas and gasoline engines and developed the principal plan of the system of gas and turbine supercharging for automobile gas engines and mathematic models for calculative and theoretic research

The objects of our research are gas engines ЗИЛ ndash 138 ИН ЗИЛ ndash 138 ИНand ЗМЗ ndash 53 where gas and air mixtures are prepared in carburetors-mixers The most serious drawback of the plan of introduction of turbo ndash compressor instead of carburetor is the danger of surging the compressor on the small openings of throttle damper Therefore we took a decision to set turbo-compressor in front of carburetor which needs the damper`s sealing

In our plan gas comes from the reduction gear into carburetor-mixer under surplus pressure Therefore diaphragm cavities of mass ndash produced two ndash levelled reductor of high pressure is not connected with atmosphere but with the inlet branch pipe of a carburetor-mixer where air is conducted by a turbo-compressor

When consuming gasoline turbo ndash compressor is turned off by exhausts passing the collector outside turbine with the help of a damper The damper is affected by pneumo-cylinder which functions under pressure of gas coming from the reduction gear In such case the air comes to a carburetor-mixer directly through the reciprocative valve Gasoline is conducted from the filter by gasoline pump to electromagnetic valve and then to a carburetor-mixer

We compare interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИНwith turned in and turned off supercharging Due to the supercharging the capacity of gas engine increased from 93 to 132 kWt (on 41) Specific consumption of gas power decreased within the frequency of crankshaft rotation of 17 00 hellip 32 00 min-1 for 35 hellip 52 MJ (kWt h)

184

Fig 1 Plan of supercharging for gas and gasoline engine

1 ndash gas heater 2 ndash reduction gear of high pressure 3 ndash consumption valve 4 ndash electromagnetic valve-filter 5 ndash outlet collector 6 ndash damper for

exhausts passing 7 ndash turbo-compressor 8 ndash gas pressure timer 9 ndash aircoolant 10 ndash gasoline pump 11 ndash electromagnetic gasoline valve 12 ndash carburetor-mixer 13 ndash air cleaner 14 ndash reciprocal valve 15 ndash gas reductor

gear of a low pressure

The control over correctness of turbo ndash supercharging selection is made by the way of comparing consumption characteristics of turbo ndash compressor and hydravlic characteristics of the engine

CONCLUSIONS

Our research resulted in the following conclusion

1 Mass ndash produced Ukrainian turbo-compressor TKR-7 may be

consumed for the supercharging of universal automobile gas engines

ЗИЛ ndash 138 ИН and ЗМЗ ndash 536 with consumption of intermediate

cooling of the supercharged air Turbo-compressor is to be set in front

of the gas and air mixer to prevent throttling of the fresh charge steam

185

at the compressor inlet during the regulation of the engine capacity by

throttle damper of a carburetor

Fig 2 The interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИН with turbo-supercharging ndash without turbo-supercharging

2 The system of gas and turbine supercharging secures not only

renovation of the capacity of gasoline engines and their coming to the

natural gas consumption but also improves their fuel economical

efficiency for 12 It also decreases carbone oxide contents in exhaust

gases for 20 comparing with the engines which are not equipped with

supercharging But here the contents of nitric oxides in exhaust gases

may be somehow increased

3 Exploitation testings of the engines with turbo ndash supercharging in the

buses ЛАЗ ndash 699 РГ and automobiles ЗИЛ ndash 138 АГ ГАЗ ndash 53 АГ

confirmed the usefulness of the developed system of supercharging

4 On the basis of our research results one may recommend gas and

turbine supercharging with turbo ndash compressor TRK ndash 7 on the

universal gas engines ЗИЛ ndash 138 АН ЗИЛ ndash 138 ІНand ЗМЗ ndash 53

186

LITERATURE

1 ндреевВ И КрамарьМ П

Турбонаддувсовременныхбензиновихдвигателей - М

НИИНавтопром 1986-211с

2 ОтчетоНИРЭкспериментальныеисследованияопытныхобраз-

овдвухтопливныхгазобензиновыхдвигателейЗИЛ-130 иЗИЛ-375

сгазотурбиннымнаддувом КравецВИ ДацюкРЕ ЖабинВМ

ФурмановНН ЗваричБН ЛСХИ ВНИИГаза -Москва- Львов

1990 -103с

3 ЗвітпроНДРпогоспдоговірнійтемі N21-333-91

СтендовівипробуваннягазобензиновогодвигунаЗИЛ-138И (ЗИЛ-

375) зтурбо-наддувом ДацюкРЮ КравецьВІ СкречкоГВ

ЗваричБ М КудринецькийБП-Дубдяни1991-37с

Page 2: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING

Dzień Wydziału Inżynierii Produkcji 2011 XX Międzynarodowa Konferencja Naukowa Studentoacutew bdquoWspoacutełczesne aspekty inżynierii produkcjirdquo

PATRONAT HONOROWY

Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi Marek Sawicki

Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego Prof dr hab Barbara Kudrycka

JM Rektor Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Prof dr hab Alojzy Szymański

Komitet Organizacyjny Dr inż Szymon Głowacki Weronika Bazylak Rafał Baleja Bartosz Romanowicz

Opracowanie Dr inż Szymon Głowacki inż Klaudia Kurzawska inż Michał Grigalis Materiały wydane na prawach rękopisu

PATRONAT MEDIALNY

PARTNERZY

9

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Brzezina Natalia 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Evrenosoğlu Mehmet 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Kovalyshyn Oleh 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr 181

10

Spis treści

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Application of method Poka Yoke in quality control 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew Methods of protection against diseases of cereals with particular emphasis on the use of biostimulators 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode material 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the tracking plane in years 2006 ndash 2010 49

Brzezina Natalia 60

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym 88

11

Evrenosoğlu Mehmet 94

Mathematical modelling in silage mechanization 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat industry waste material 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill 116

Oleh Kovalyshyn 120

Using cloud computing technology in education process 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim 162

12

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel 173

Zholobko Volodymyr Oleksandr Lys 181

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines 181

15

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek

Slovak University of AgricultureFaculty of Engineering Department of Quality and Engineering Technologies Nitra(Slovak Republic)

Application of method Poka Yoke in quality control

SUMMARY

A study focuses on application of Japanese method Poka Yoke (PY) - mistake proof ing in organization Faurecia Ltd located in Lozorno The method is applied in several manufacturing processes and so quality control is ensured at 100 Using Poka Yoke with other corresponding methods and procedures of quality control and process improvement is useful for organizations which try to reach Zero Quality Control (ZQC) The aim is to reach the highest quality level at lowest expenses therefore it is necessary to plan and implement the method PY where it is not only effective but efficient The study includes steps and procedures which are parts of application Poka Yoke and points out evaluation of systemsrsquo reliability and their levels

Key words Poka Yoke Zero Quality Control process quality improvement

INTRODUCTION

First application of method Poka Yoke to practice happened in 1960 by Japanese engineer Shigeo Shingo in organization Toyota He tried to improve a process quality and prevent processes from non-conformities Poka Yoke is designed for systematic prevention from defaults and following non-conformities Basic principle of system PY is to register non-conformity announce it to operator by signalization and if necessary to stop the manufacturing process Modification of a product fixture device and other equipment which is considered in business plan allow using those principles If the system PY is function it indicates 100 control

Poka Yoke is one of approaches of process quality management and control besides statistical quality control and final product control Method PY represents generally the elimination of human factors (mistakes) at process quality

The object of study is to introduce the usage of method Poka Yoke at manufacturing of automobile seats in organization Faurecia Ltd (fig 1) It defines steps that are needed for effective function of system Poka Yoke with its requirements regulations and other appropriate documents

16

Fig 1 Parts of automobile seat

METHODOLOGY

METHOD POKA YOKE

Application of method Poka Yoke (design implementation development of system Poka Yoke and its equipment) and also calculation of expenses according to similar final products must be included in business plan All documentation must clearly define dimensional and functional requirements on individual parts according to safety and legal requirements of a customer (VW Ford Audi etc) In case of safetyregulation characteristics legal requirements or product characteristics which effect assembly suppliers define Poka Yoke at product and process design so the 100 conformity to customerrsquos requirements is ensured

Then Poka Yoke are defined in FMEA and control plan Following instructions procedures and directions for correct application of Poka Yoke in operation are performed Verifying phase of their function in manufacturing process is done at last

Fig 2 Documentation with PY indication for process

Reference number Poka Yoke description control method and backup method (in case of system failure) must be defined and classified for every

17

single Poka Yoke Every process using Poka Yoke must be defined by relevant marking in advance including marking in all documents of processes

Documents with Poka Yoke marks

Following documents which are related to using method Poka Yoke (fig 2)

drawings

control plan and FMEA

block schema

instruction of serial production release (O K 1st part) - working instruction

records for register

Application of PY in processes

Organization Faurecia Ltd has implemented method Poka Yoke particularly into processes with safetyregulation characteristics (tab 1) Safetyregulation characteristics are groups of processes which with their quality level effect product safety within its usage (can cause life injuries and harm to human health) Therefore the 100 quality within those processes is necessary to ensure and sustain

Safetyregulation characteristics within seatsrsquo manufacturing for automobiles are following

process of screwing of seatrsquos parts

process of riveting of parts

Poka Yoke is also used for scanning of input parts so the 100 conformity to a customer order in organization

Tab 1 Defined nonconformities in processes with PY

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Screwing Riveting

The most frequent non-conformities

Incorrect torque Incorrect force of hydraulic riveting

Missing screw Tear off the rivets

Double screwing

RECEIVING INSPECTION

Scanning input parts

Missing parts

18

Confusion of parts

Safetyregulation characteristics must be under the 100 quality control which is achieved by using method Poka Yoke and by definition of backup method in case of system failure

VERIFICATION PHASE

Release of serial production

Usage of Poka Yoke within individual process must be validated before release of serial production All methods of PY must be approved and operators must be trained

OK 1st part

At the beginning of each shift the 100 Poka Yoke system control must be verified Operator is obligated to simulate all non-conformities of manufacturing process at the beginning of each shift after system modification and after elimination of Poka Yoka failure So function of Poka Yoke is verified and controlled Data of failures simulated in process are registered automatically due to control flashback in form of electronic records

When verification phase is confirmed and Poka Yoke in function the process is marked by relevant label on the visible location

Poka Yoke need to be prevented from usage in case of incorrect system function and defined backup (manual) process procedures (tab 2) need to be applied until a problem solving (max 24 hours) If the backup method is needed management of organization must be informed about it Work station in workplace is marked by relevant label which visibly shows incorrect function of PY

Backup method

a) 100 manual control

b) 100 visual marking of controlled feature

c) manual records of products which are manufactured by backup method

Tab 2 Alternate procedure for Poka Yoke processes

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Backup method

Screwing Riveting

Use emergency electric screwdriver

Place substitute riveting pistol

19

Mark screws which are not under control of PY for torque control

Mark all rivets with permanent marker

Fill in dispatch note with product data

Fill in dispatch note of seat

Backup methods are defined only for safetyregulation characteristics If there is noted any problem with scanning input parts by Poka Yoke operator is obligated to control marking of parts personally and to realize selection according to marking of parts in order

CALIBRATION AUDITS

Calibration of system Poka Yoke proceeds as following

external calibration ndash once per 18 months

internal calibration ndash once a month

Audits of system Poka Yoke (according to plan of audits) are proceeded as following

external audits ndash once a year

internal audits ndash once a year

suppliersrsquo audits ndash (in supplier who has implemented Poka Yoke for safetyregulation characteristics in drawings) min once per 2 years

All records about PY (methods and other documents) must be archived at the minimum of 15 years Recorded reports of data are the object of internal audit at the minimum once a year

DISCUSSION

Shigeo Shingo (1988) said that system of Zero Quality Control equipment and techniques of Poka Yoke ensured the 100 control Poka Yoke guaranteed that non-conformity with its known cause there was not any more presented in process

Usage of method Shingo (1988) characterized by 3 basic features sophistication simplicity and relative economic allowance

Other methods and tools (statistic control final control) serve for monitoring process or for detection of non-conformity productprocess The aim of each organization is not only detection of non-conformity but previous elimination of mistakefailure that leads to this non-conformity

Organization Suzuki located in Rome saved 400 000 $ a year and decreased non-conformities from 24000 to 2400 per million produced parts by application of method Poka Yoke in installation process of protection of automobile drive unit (Connor G 2006)

20

Organization DCM Toyota Ltd manufacturer of trucks located in Surajpur in northern India used the method Poka Yoke within screwing process control Prevention from forgetfulness of their operators within the process of screwing critical screws on vehicle was assured by following approach screwdrivers were dipped in noticeable colour so the colour was transfer on every screw which was done manually This signal served for warning an operator that there was missing screw or incorrect torque (Robinson A - Shingo S 1990)

The 100 process quality control elimination of all possibilities which lead to non-conformities at processing are possible to ensure by application of method Poka Yoke in process In some cases we can meet with incorrect designs of PY or system failures Therefore it is necessary to control system Poka Yoke periodically to calibrate and keep auditing from side of a manufacturer and a customer

CONCLUSION

Every process is necessary to define potential non-conformities and causes which lead to them needs to be identified and the quality has to be evaluated and monitored for effective usage of method Poka Yoke Organization Faurecia Ltd uses philosophy Just In Time and so the usage of Poka Yoke is very suitable Philosophy Just In Time focuses on the 100 quality conformance Quality is inseparable from manufacturing process in the organization Poka Yoke reaches required quality level and includes many supportive methods which with their right combination and harmony allow controlling process as the most efficient

REFERENCES

1 Connor G 2006 Poka-Yoke Human-Proof Your Process In Industrial

Maintenance amp Plant Operation vol 67 2006 no 6 p 12 - 14

2 Internal documents and regulations 2011 Lozorno Faurecia

Ltd 2011

3 ROBINSON A - SHINGO S 1990 Modern approaches to

manufacturing improvement Cambridge Productivity Press 1990

399 p ISBN 0-915299-64-X

4 Shingo S 1988 Poka Yoke Improving product quality by preventing

defects USA Productivity Press 1988 282 p ISBN 0-915299-31-3

In chapter were used researches results within the frameworks of statutory researches VEGA 1057609 (2009-2011) ndash bdquoThe quality improvement of agricultural machines and production systemsldquo

21

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Studenckie Koło Naukowe Fitopatologoacutew Skosikrdquo

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew

Methods of protection against diseases of cereals with particularemphasis on the use of biostimulators

ABSTRACT

The introduction of integrated crop production including the integrated production of cereals after 2014 brings with it the need to use non chemical methods of plant protection especially methods of agrotechnical and breeding Therefore the withdrawal of many chemical preparations selection of adequate plant protection gives the farmer a lot of problems The new group of agents used in the modern technology of field crops occupy biostimulators Biostimulators influence the course of life processes in plants support the natural defense mechanisms and indirectly also influence the development of pathogen reduction The most commonly used among commercially available biostimulators by Polish producers is the preparation of Asahi SL It contains in its composition of phenolic compounds (ortho- and para-nitrofenolan sodium and 5-nitrogujakolan sodium) which increased synthesis occurs naturally in plant cells during stress conditions for them

The aim of the experiment was to determine the effect of biostimulator

Asahi SL on the growth of some species of fungi

Isolates of Fusarium fungi were used in the study The experiment was conducted at 22 deg C in triplicate and four variants of concentration of the preparation Petri dishes were placed on the medium containing 7-days-grown mycelium with a diameter of 4 mm Observations and measurements of the diameter of the mycelium were performed after 7 and 14 days of incubation The obtained results were subject to analysis of variance (ANOVA) using standard statistical methods Means were compared using Fisherrsquos least significant difference (LSD) test at 001

The results of the experiment show that the fungi used in the study have varied the in their growth rate and respond differently to different concentrations of the biostimulator in the medium

Sowa kluczowe biostymulatory ochrona

22

WSTĘP

Wprowadzenie integrowanej produkcji roślinnej w tym także integrowanej produkcji zboacuteż po 2014 roku niesie za sobą konieczność wykorzystania w ochronie roślin metod nie chemicznych zwłaszcza metody agrotechnicznej i hodowlanej W związku z wycofaniem wielu preparatoacutew chemicznych doboacuter odpowiedniego środka ochrony roślin stwarza rolnikowi wiele problemoacutew Nową grupę preparatoacutew stosowanych w nowoczesnej technologii upraw polowych zajmują biostymulatory [Kozak 2009] Biostymulatory wpływają na przebieg procesoacutew życiowych w roślinie wspomagają naturalne mechanizmy obronne a pośrednio wpływają także na ograniczenie rozwoju patogenoacutew [Michalski i in 2008] Spośroacuted dostępnych na rynku biostymulatoroacutew najczęściej stosowanym jest preparat Asahi SL Zawiera on w swoim składzie związki fenolowe (orto- i para-nitrofenolan sodu oraz 5-nitrogujakolan sodu) ktoacuterych nasilenie syntezy występuje naturalnie w komoacuterkach roślinnych podczas warunkoacutew dla nich stresowych Działanie preparatu polega na wspomaganiu roślin narażonych na czynniki stresowe takie jak złe warunki pogodowe siedliskowe oraz porażenie przez patogeny grzybicze Powoduje on min polepszenie wigoru roślin poprzez poprawienie turgoru komoacuterek oraz gospodarki hormonalnej [Ogoacuterek i Pusz 2011]

CEL BADAŃ

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie wpływu biostymulatora Asahi SL na wzrost wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju Fusarium

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Do badań wybrano izolaty grzyboacutew rodzaju Fusarium Izolaty Fusarium oxysporum wyizolowane zostały z pszenżyta natomiast pozostałe grzyby wyosobniono z podstawy łodygi rzepaku Pochodziły one z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Czyste kultury wybranych izolatoacutew uzyskano metodą kultur jednozarodnikowych Zarodniki przenoszono na zestaloną i zakwaszoną pożywkę PDA (Potato Dextrose Agar) frmy Biocorp

Doświadczenie wykonano w warunkach temperatury pokojowej (22 oC) w trzech powtoacuterzeniach oraz następujących wariantach stężeniowych preparatu 04 lha-1 (0133g preparatu na 100ml pożywki) 06 lha-1 (02g preparatu na 100ml pożywki - dawka zalecana dla Asahi SL) 10 lha-1 (033g preparatu na 100ml pożywki) oraz 00 lha-1 (kontrola) Na pożywce umieszczono krążek 7-niowej grzybni o średnicy 4 mm Obserwacje i pomiary średnicy grzybni wykonano po 7 i 14 dniach inkubacji

23

Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA) przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet Statistica 90rdquo) Średnie poroacutewnano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD) α 001

WYNIKI

Analiza wynikoacutew przeprowadzonego doświadczenia wykazała że biostymulator wpływa hamująco na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew Fusarium (tab 1 2) Na wykresach 1 i 2 przedstawiono oddziaływania poszczegoacutelnych dawek Asahi SL na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew

Po 7 dniowej inkubacji odnotowano że dawki Asahi SL wykazały działanie hamujące wzrost grzyboacutew wprost proporcjonalnie do ich stężenia dla obu izolatoacutew F oxysporum F culmorumorazpierwszego izolatu F poae Jednakże pod względem statystycznym wyniki te nie rożną się istotnie Izolat drugi F poae nie reagował na dawki preparatu zgodnie ze wzrostem jego stężenia W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab1)

Biostymulator Asahi SL po 14 dniach hamował wzrost prawie wszystkich izolatoacutew grzyboacutew wykorzystanych w doświadczeniu ale tylko niektoacutere oddziaływania były istotne statystyczne Pod względem statystycznym istotny były tylko wpływ preparatu na wzrost oba izolaty F oxysporum Podobnie jak po pierwszym okresie inkubacji wzrost izolatu drugiego F poae nie był hamowany W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni pod wpływem preparatu Asahi SL w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab 2)

24

Tabela 1Table 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

Tabela 2Table 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

dawka [lha

-1]

dose [lha

-1]

średni wzrost kolonii [mm] average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 410 a 380 a 580 a 672 bc 579 a 480 a

04 400 a 350 a 587 a 704 ab 556 a 499 a

06 378 ab 340 a 547 a 723 a 553 a 475 a

10 363 b 320 a 538 a 669 a 569 a 434 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

dawka [lha

-1]

dose

[lha-1

]

średni wzrost kolonii [mm]

average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 675 a 636 ab 793 a 840 a 850 a 850 a

04 645 ab 650 a 791 a 846 a 850 a 840 a

06 600 ab 575 bc 787 a 850 a 840 a 840 a

10 576 c 511 c 756 b 850 a 830 a 830 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

25

20

30

40

50

60

70

80

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 1Figure 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach

The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 2Figure 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

26

DYSKUSJA

Grzyby z rodzaju Fusarium są jedną z najważniejszych grup patogenoacutew roślin [Guarro i Geneacute 1995] Ponadto wydzielają one roacuteżne metabolity wtoacuterne min mikotoksyny ktoacutere stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia ludzi oraz zwierząt [Bai i Shaner 2004 Frandsen i in 2006] Wiele mikotoksyn jest niewrażliwych na obroacutebkę cieplną w wyniku czego są stabilne podczas standardowych procesoacutew przygotowywania żywności i pasz [Pokrzywa i in 2007]

Obecnie głoacutewnym sposobem walki z tymi patogenami jest metoda chemiczna Jednakże biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na produkty wytwarzane metodami ekologicznymi rolnicy zmuszeni są do szukania nowych środkoacutew walki z patogenami roślin Jednym z wyjść może być wprowadzenie preparatoacutew na bazie substancji nie szkodliwych dla środowiska [Panasiewicz i in 2008] Do preparatoacutew takich zalicza się min biostymulatory ktoacuterych zadaniem jest zmniejszenie negatywnego wpływu warunkoacutew siedliskowych na rośliny [Maciejewski i in 2007]

Biostymulatory nie są fungicydami ale w pewnym stopniu mogą chronić roślinny roacutewnież przed chorobami powodowanymi przez grzyby min poprzez zwiększenie ich naturalnej odporności Potwierdzają to badania Saniewskiej [2000] ktoacutera stwierdziła iż stosowanie preparatu Atonik SL (ta sama substancja aktywna jak w preparacie Asahi SL) wpływa korzystnie na zdrowotność roślin ozdobnych Podobne rezultaty uzyskali Pusz i Pląskowska [2008] stwierdzając pozytywny wpływ biostymulatora Asahi SL na porażenie łodyg rzepaku przez Sclerotinia sclerotiorum

W przeprowadzonym doświadczeniu po obu okresach inkubacji zauważono hamujący wpływ Asahi SL na wzrost większości grzyboacutew z rodzaju Fusarium użytych do badań Właściwości inhibicyjne preparatu w wielu przypadkach wzrastały wraz z jego stężeniem ale tylko po 14 dniowej inkubacji były istotne statystycznie dla obu izolatoacutew F oxysporum Podobne tendencje zauważył Ogoacuterek i in [2011] badając wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew z gatunku Fusarium oxysporum Stwierdzili oni że zaroacutewno po 7 jak i 14 dniowej inkubacji właściwości inhibicyjne Asahi SL utrzymywały podobne tendencje Inhibicyjne właściwości Asahi SL potwierdza roacutewnież doświadczenie Ogoacuterka i Pusz [2010] Badali oni wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew Fusarium spp oraz Alternaria alternata Rhizoctonia solani i Sclerotinia sclerotiorium Jednak stwierdzili oni że najsilniej hamowany jest wzrost izolatoacutew F oxysporum przez ten biostymulator

Należy podkreślić iż biostymulatory są preparatami wspomagającym rośliny w sytuacjach stresowych jednak nie zastąpią przeprowadzenia zabiegoacutew pielęgnacyjnych przed agrofagami w uprawach polowych jak i terenach zielonych

27

WNIOSKI

1 Preparat Asahi SL w zależności od zastosowanej dawki wpływa na

ograniczenie wzrostu grzyboacutew z rodzaju Fusarium

2 Właściwości inhibicyjne preparatu Asahi SL utrzymywały się

w obydwoacutech okresach badań

3 Biostymulator Asahi SL prawdopodobnie może być stosowany do

ograniczenia wzrostu wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju

Fusarium

LITERATURA

1 Bai GH Shaner G 2004 Management and resistance in wheat and

barley to Fusarium head blight Annual Review of Phytopathol (42)

135ndash161

2 Frandsen RJ Nielsen NJ Maolanon N Sorensen JC Olsson S

Nielsen J Giese H 2006 The biosynthetic pathway for aurofusarin in

Fusarium graminearum reveals a close link between the

naphthoquinones and naphthopyrones Mol Microbiol 61(4) 1069ndash

1080

3 Guarro J Geneacute J 1995 Opportunistic fusarial infections in humans

Eur J Clin Microbiol Infect Dis (14) 741ndash754

4 Kołaczyńska-Janicka M 2004 Wieś Jutra 2004 nr 3 s25-26

5 Kozak M 2009 Biostymulator dobry wyboacuter Agrotechnika 3 61-62

6 Maciejewski T Szukała J Jarosz A 2007 Influence of biostymulator

Asahi SL on qualitative tubes of potatoes J of Res and Apll in

Agricult Eng 52(3) 109ndash12

7 Michalski T Groszkiewicz-Janak J Bartos-Spychała M 2008

Skuteczność Asahi SL w ochronie mieszanki jęczmienia z pszenicą

w poroacutewnaniu do siewoacutew czystych Biostymulatory w nowoczesnej

uprawie Warszawa 7-8022008

8 Ogoacuterek R Łobczowski M Pusz W 2011 Wpływ biostymulatora Asahi

SL na wzrost wybranych szczepoacutew Fusarium oxysporum Schlecht

Zeszyty Problemowe Postępoacutew Nauk Rolniczych (w druku)

9 Ogoacuterek R Pusz W 2010 Możliwości wykorzystania biostymulatora

Asahi SL w ochronie roślin na terenach zurbanizowanych Monografia

28

Problemy ochrony roślin na terenach zurbanizowanychrdquo red E

Pląskowska 40ndash46

10 Panasiewicz K Sulewska H Koziara W 2008 Efficacy of biological

and chemical active compounds in protection of Triticum durum against

fungal diseases Journal of Research and Applications in Agricultural

Engineering 53(4) 30ndash32

11 Pokrzywa P Cieślik E Topolska K 2007 Ocena zawrtosci

mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych Żywność Nauka

Technologia Jakość 3(52) 139ndash146

12 Pusz W Pląskowska E 2008 Wpływ stosowania preparatu Asahi SL

na zdrowotność rzepaku ozimego Zesz Probl Post Nauk Rol 531

185-191

13 Saniewska A 2000 Wpływ preparatu Atonik SL na hamowanie

wzrostu i rozwoju niektoacuterych gatunkoacutew grzyboacutew chorobotwoacuterczych dla

roślin ozdobnych Zesz Nauk Inst Sadown i Kwiac 7 145-153

29

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant

ABSTRACT

The machining of austenitic chromium-nickel steel is difficult for several reasons This material is cold hardening and has low thermal conductivity The machining of these materials may cause sticking of the material to the tool which can cause instrument fracture and the loss of his cutting ability These facts put heavy demands on cutting tools One possibility to machine austenitic steels is their machining with tools of HSS and HSS-PM at cutting speeds in the range of 10mmin to 35mmin These tools are characterized by high toughness and sufficient hardness at lower temperatures In order to prevent loss of hardness of the tool at high cutting temperatures was used ionized air (ozone) as an organic process medium which is characterized by strong oxidizing effects and relatively high thermal conductivity The aim of partial experiments were performed to identify the impact of application of this gaseous medium for tool resistance and cutting parameters influence changes in quality of machined surface Article was a direct support of the Ministry of Education to tackle the grant project VEGA no 1088510

Key words ozone austenitic steel HSS the roughness of finished surface wear

USED MATERIAL

Corrosion- resistant austenitic steels due to their increased resistance to corrosion used in larger quantities than ferritic and martensitic corrosion- resistant steel[9]

The most commonly used types of austenitic corrosion-resistant steel is steel with the designation of 14301 (17 to 195 Cr 8 to 105 Ni 007gt C) [9]

Usually these steels are supplied in the soft annealed condition and annealed to soft and cold drawing condition This material is characterized by large strain hardening of cold low thermal conductivity and greater susceptibility to sticking to the cutting tool Machinability is thus very complex In general these steel is difficult machinable than steel alloy

30

The reason of cold hardening is the conversion of austenite into martensite at high strain rate The cold hardening effect can be so intense that the machined surface may result points to an extremely high hardness 400 to 500 HB with a thickness of 01 mm This fact is very important in the choice of cutting tool geometry while a negative front angle and cutting tool wear increasing the hardened layer Positive front angle and sharp cutting edge tool acting contrary As for the cutting conditions it is appropriate to choose the depth of cut and feed rate so that the tool during the machining can get behind the hardened layer [26]

Low thermal conductivity is a problem that affects the choice of cutting tool material Heat from the primary and secondary deformation is not preferentially drawing- off with a chip and also heat transfer from the zone of cutting back in the material is limited The reason is the high content of chromium as alloying element which reduces the thermal and electrical conductivity In the area of cut remains more heat which prejudicing tool life [3411]

USED COOLANT

As a cutting environment (gaseous coolant) was used ozone In the case of machining of austenitic corrosion-resistant steel has not been possible to fully exploit the effects of wetting and lubricating the gaseous coolant because this material is not only resistant to corrosion but also to oxidation Theoretically there could be lubricating effects of strongly oxidizing coolant to rebound on the instruments because there were Co-HSS cutters used without PVD coating and the tools contain only about a quarter of content of chromium from machined austenitic steels Currently PVD coating method provides tools to oxidation resistance This cutting environment was chosen because of its environmental friendliness better distribution to the point of cutting and specific heat capacity which is similar to air and pure Oxygen To generate ozone was used equipment from LifeTech Figure 1 [7]

Intensity of supplied gaseous medium can be controlled by the compressor which is able to transport 14 liters of gas per minute Ozone concentration can be controlled with rotary switch on the ozone generator Ozone is an extract from the workpiece and subsequently neutralized by the neutralization unit

31

Fig 1 Ozone generator with neutralization unit

For the experiments were used cutting tools of high speed steel (HSS-Co) with a given content of alloying elements

Fig 2 Content of alloying elements in tools[8]

THE PARAMETERS OF CUTTING TOOLS

diameter of front cylindercutter-16mm

diameter ofclampingpart-[h6] 16 mm

length of cutting section-32 mm

mill-length- 92 mm

4 teeth

uniform spacing of teeth

without PVD coating

front angle γ = 12 deg

N-type universal milling machines suitable for materials up to 900 Mpa

a tooth through the center [10]

32

PARTIAL EXPERIMENT

Currently for machining of austenitic corrosion-resistant steels are most used tools from sintered carbides that compared with conventional cutting tools from high speed steel and high-speed steels produced by powder metallurgy retain their hardness also at higher cutting speeds Sintered carbides however lagged behind the tools of HSS and HSS-PM with their toughness feed rate per tooth and price Tools of HSS and HSS-PM can be after wearing free of coantig grinded and re-coated Increasing of cutting performance for tools from HSS and HSS-PM is possible by increasing the axial and radial depth of cut If we want change the cutting conditions we must respect the stability of cutting process[15]

Cutting power 310 fep vaaQ [cm3min] (1)

ap- axial depth of cut

ae- radial depth of cut

vf- feed rate [5]

This partial experiment was realized aimed to investigate the effects of change of cutting parameters on the resulting machined surface measure the impact of used coolant on the wear of cutting tools and get results (etalon) for multicriteria evaluation of cutting properties of cutting tools from high-speed steels produced by conventional and powder metallurgy According to the literature HSS Milling Smart Guide is for uncoated cutting tools made of HSS-Co determined a maximum cutting speed to value from 10 to 15 m min During this experiment was achieved in three cases a maximum cutting speed 29 m min and in each case there was not a wearing on the back surface The cutting parameters were changed spindle speed (cutting speed) and feed per tooth All experiments were carried out as co-milling The length of the milling area in each case was 100 mm Roughness values were measured using the Mitutoyo SJ-device 400th Each of the machined surfaces was evaluated by 3 - times and the average value was recorded in the chart

Cutting parameters were

spindle speed - 290 360 580 [revmin]

feed per tooth- 00078 00125 00155 0015 0024 0025 003 004 005 [mmzub]

radial and axial depth of gut- ap= 8mm ae= 2mm

33

CONCLUSION

Fig 3 Character of machined surface

The best values of roughness characterized by a roughnessheightofroughnessprofileRzhave been achieved in terms of spindle speed 580 rpm and feed per tooth of 0015 mm Similar values were reached at a speed of 360 rpm and feed per tooth of 00125 and 00243 mm Properties of appliedcoolantcould notbeusedinfull because theworkpieceischaracterized byhigh resistancetooxidation This preventstheformationof oxidizedlayeron theworkpiece whichwoulddirectlyat thecutting siteact as a lubricatinglayer

Therefore wasusedonlythe coolingcapacityof gaseousmediaanditsability tobetterpenetrateinto thecuttingsite Coolingeffectandability topenetrateinto thecuttingsite however weresufficient Lower cutting speeds compared with cutting speeds applied during the machining with hard metals ensured that there is no curing a thin layer of workpiece before the cutting tool ergo the workpiece material was not exposed to high strain rate In the implementation of other experiments can take advantage of HSS tools machining with high axial depth of cut Increasing the axial depth of cut would provide burden reduction by-bit per unit of its length and also would increase the cutting performance To increase the durability of cutting tools could be used air stream cooled to -5 deg C and more On the test instruments was also observed on the back surface wear VB as well as other forms of wear The maximum wear value VB which was measured on the back surface of cutting tools after time 20 min was 02 mm In the case of one instrument was observed brittle fracture where there is destruction of three teeth and hence the loss of the cutting ability of the instrument

All performed experiments showed that the examination of cutting materials for the application possibilities is justified not only in terms of technology but also from an economic point of view

34

REFERENCES

[1] HUMAacuteR Anton Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha MM publishing sro 2008 242 s ISBN 978-80-254-2250-2

[2] KUDELA Miroslav Sandvik Prekladateľ Priacuteručka oraacuteběniacute Praha Sandivik CZ sro za pomoci nakladateľstva Scientia sro 1997 918 s ISBN 91-97 22 99-4-6

[3] VASILKO Karol Analytickaacute teoacuteria trieskoveacuteho obraacutebania Prešov Fakulta vyacuterobnyacutech technoloacutegiiacute TU v Košiciach so siacutedlom v Prešove 2007 338 s ISBN 978-80-8073-759-7

[4] VASILKO Karol HRUBYacute Jindřich LIPTAacuteK Jaacuten Technoloacutegia obraacutebania a montaacuteže Bratislava Alfa 1991 494 s ISBN 80-05-00807-4

[5] BACH Pavel HSS naacutestroje z PM oceliacute pro vyacutekonneacute a ekonomickeacute freacutezovaacuteniacute titanovyacutech slitin MachiningampTooling Magazine 22009 50-54

[6] LUKOVICS I BIacuteLEK O High Speed Grinding Process Manufacturing Technology8 2008 12-18 ISSN 1213248-9

[7] MATIJA Rudolf MIŠIacuteK Ladislav HLOCH Sergej Využitie procesnyacutech meacutediiacute StrojaacuterstvoStrojaacuterenstviacute 22009 2-3 ISSN 1335- 2938

[8] HSS Smart Guide 01 Introduction[online]Available on the internet httpwwwhssforumcomSmartGuideENhtm

[9] Inox spol s ro vlastnosti antikorovyacutech materiaacutelov[online] Available on the internet httpwwwinoxspolcznerezova-ocel-14301html

[10] Freacutezovacie naacutestroje[online] Available on the internet httpwwwzps-fncz

[11] Vplyv legujuacutecich prvkov na vlastnosti oceliacute[online] Available on the internet httpwwwfpttnuniskkfimpredmetyrocnik1nauka_o_materialipdfvplyv_legujucich_prvkov_na_vlastnosti_ocelipdf

35

Bilous Oleksiy Solop Andriy

LvivNationalAgrarianUniversity Mechanics and power faculty

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode

material

ABSTRACT

In work the analysis of the literary data connected with use of an electro-spark alloying for tool hardening is carried out

Necessity of working out new tungstenless electrode materials with eutectic structure for improvement of technologies of an electro-spark alloying is proved Therefore the structure new eutectic system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li alloy has been developed the manufacturing techniques of an alloy are offered by a sintering method

Analysis carrying out received a new alloy by means of modern a research method was the following stage researches namely electronic spectroscopy on microprobe JAMP-10S (JEOL) where it is established that the alloy break has viscoplasticitycharacter and at it there are all elements of system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li The x-ray-phase analysis on diffractometerwith use monochromatic Coα - radiation has shown to Dron-UM1 presence in an alloy of following phases α-Fe Fe3 (B C) Fe2B Fe3 (Si B)

Work is written on 23 pages to the text consists from introduction 5 sections contain 3 drawings and 2 tables

Keywords an electro-spark alloying eutectic alloy fractographyof a break a x-ray-phase method

INTRODUCTION

The analysis of row of works about creation of new electrode materials for an electro-spark alloying (ESA) shows that lately prevails tendency to development of tungsrenless of electrode materials [1 2 3] It is related to the greater economy and possibility of replacement of deficit a tungsten and cobalt By confirmation there are numerous researches it from the receipt of alloys with an eutectic structure [4-5] that are dispersible are the fixed alloys with optimum correlation of hardness and plasticity due to a presence in the structure of plastic matrix and reinforcing phases Correlation of such phases can be purposefully changed arriving at thus the receipt of eutectic alloys with the set complex of their properties

36

That touches wearproofness of coverages which are inflicted from such eutectic alloys and in particular by an electro-spark treatment the optimum ranges of correlations of elements of alloy are in this case possible also and at the same time plastic and reinforced phases which change his wearproofness substantially

1 GROUND OF CHOICE OF ELEMENTS FOR ALLOYING OF THE SYSTEM FE ndash MN ndash C ndash B THEIR CONCENTRATIONS AND DEVELOPMENT OF COMPOSITION OF COMPONENTS OF ELECTRODE ALLOY

For base material chosen the system Fe ndash Mn ndash C ndash B which allows to get in a structure carbides and metals boride that promotes hardness wearproofness thermal stability and corrosive firmness considerably [6]

Basis of coverage (iron) is a main element which is included in composition of toolpiece and forms hard solutions compounds and carbides A carbon and coniferous boron form with iron an eutectic and also ultrastrong carbides and boride In addition it has high enough diffusive penetrating in the process of satiation of basis of coverage and as marked higher they effectively form hard solutions and compounds Borides also high firmness to the abrasive wear as compared to refractory carbides and oxides [7]A manganese have high properties of bringing together with iron and can easily replace it in carbides simultaneously promotes plasticity and their dispersion at the maintainance of high durability and thermal stability It also is a good carbide creative element

Is a manganese instrumental in displacement αrarrγconverting into the side of considerably lower temperatures Speed of flowing of diffusive processes which slows speed of transformation of austenite in martensit diminishes thus [6]

The analysis of diagrams of the state shows [6] that with the purpose of formation of coverages of eutectic type they must have the followings concentrations of elements (on weight)

860 974 iron

22 13 to the manganese

04 to a 15 carbon

to 35 coniferous boride

Accepting the alloy of Fe ndash Mn ndash C ndash B for basis in the range of concentrations which the eutectic melting (see higher) is at to it finished mixing such elements as a chrome and silicium that allowed substantially to promote the level of mechanical descriptions (hardness wearproofness) and corrosive firmness

37

As known introduction of silicium which is included in a solution with iron (to 15) substantially promotes hardness and limit of durability of alloy at high temperatures and at low - offers resistance corrosion Also does silicium narrow the limit α-solution (more than 3) an alloy up to the temperature of melting feels no phase transformations

Introduction of chrome from 6 to 20 considerably promotes corrosive firmness at to simultaneous influence of mechanical tensions[6]

It should be noted that mixing in refractory admixtures (does the temperature of melting of chrome and silicium exceed 1400 Co and 1500 Co accordingly) does not result in the increase of temperature of synthesis of coverage so as there is the partial melting of charge at their receipt but fusion which appeared muffles the not cut-in particles of powder-like mixture as though a diffusive redistribution is considerably initiator them on all volume of liquid phase [8 9]

A wearproof eutectic alloy was thus developed with the high enough level of physical - mechanical parameters [10] which is used for overcoating on a toolpiece

For the receipt of the indicated eutectic alloy such components are used Ч - 20 B2O3 Fe Mn FeCr FeSi Therefore harmful admixtures - sulphur phosphorus appear in his composition oxygen but other These harmful admixtures sharply reduce the complex of physical ndash mechanical properties of material because they take place on borders of grains and it does material fragile less plastic The results of researches assert that in material is phosphorus to 008 and sulphurs to 009

Consequently to promote the complex of physical - mechanical properties of material and with it official properties of toolpiece such as longevity wearproofness reliability volume of the taken off shaving to our opinion it is possible by introduction to his composition of new element which would have large bring together to phosphorus sulphur oxygen and other components and would provide cleaning of border of grains from these harmful admixtures

The analysis of literary data shows that one of the most effective elements lithium can come forward in such role [9] Mixture in to the alloy of lithium promotes mechanical properties and corrosive firmness the limit of fluidity and durability hardness rises in particular treatment gets better cutting [11] Lithium in steels and alloys having a high cognation to oxygen sulphur and phosphorus used for degassing and also for bundle sulphur and phosphorus [12 13] Introduction of lithium strengthens general desulfuration of alloy condense a structure near-by grains purges from phosphorus and excretions of oxide that the wearproofness promotes in an aggregate

Thus supposition is done that known and used by us in previous researches [14 15] the eutectic alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr for

38

the increase of firmness of cutting instrument at treatment of materials at alloying his lithium can give an additional positive effect in relation to firmness of cutting instrument

It should be noted that lithium with a groundmass (by iron) does not co-operate practically It follows from literary information that lithium does not dissolve in hard iron Boiling lithium (boiling point 1370 Co) erose the iron but diffusions of lithium in iron to 1200 Co it is not observed [12]

Like does lithium co-operate with a carbon which only at a temperature 165 Co forms an eutectic (at 01 on mass of lithium) [13] The analysis of diagrams of the state of lithium shows with a chrome and silicium that a to 5 (on mass) lithium does not have co-operation both in the liquid (two liquid liquids which are unmixed appear) and in hard state [13]

There is not information about co-operating of manganese with lithium We know well that a manganese without restriction dissolves in iron both in the liquid and in hard state thatrsquos why probability of co-operation of it with lithium absents practically Boride at co-operating with lithium in correlation 16 forms black powder Research X-ray structural show that powder is mixture of the coniferous of boride and unidentified boride of lithium [13] It is therefore impossible to do a certain conclusion neither about his composition nor about his structure

It is possible to draw conclusion from higher said that with basic components which form eutectic material of the system Fe-B-Mn-C-Si-Cr lithium does not co-operate practically what can not be said about harmful admixtures which appear in this alloy at his synthesis At co-operating of lithium with sulphur does the sulfide of lithium (Li2S) appear at the temperature of melting 975 Co [13]

Phosphorus with lithium forms two phosphides of LiP and Li3P at what Li3P has a hexagonal grate as Ni3As ( a=4273 Aring s=7594 Aring) [13] Lithium well co-operates with oxygen forming oxides Lio2 has a face-centered cubic grate as CaF2 (a=4602 Aring) Li2O2 has a tetragonal grate ( a=549 Aring s=776 Aring) [13]

From literary sources evidently that lithium links harmful admixtures intensively that substantially can promote the level of physical ndash mechanical properties of eutectic material

2 FEATURES OF TECHNOLOGY OF CAUSING OF WEARPROOF COVERAGE AN ELECTRO-SPARK ALLOYING

As known electro-spark treatment of metals in particular an electro-spark alloying of metallic surfaces is based on the use of the phenomena which accompany instantaneous liberation of electric energy This process is characterized the high temperature of incandescence of spark by ionization of interelectrode space

39

As at ESA the short at times impulses of electric current flow by duration from 10-3 to 10-5 seconds taking of heat on an electrode from the place of digit to periphery is not provided the heat-conducting of metal and due to it the small volumes of superficial layer are added sharp fluctuations in a temperature ndash from the temperature of boiling of metal of electrode to the temperature in a few ten of degrees

As a result of it at first the change of structure of superficial layer of metal takes place secondly the presence of high ionization of interelectrode interval creates necessary terms for flowing on the metallic surface of chemical reactions which causes the change of composition of superficial layer of metal

The result of ESA depends on

technological parameters (electric mode and specific time)

optimum combination of materials of electrode and processed good

external of the processed good environments

qualifications of operator

The electric mode which is determined the size of energy which is selected in an interelectrode interval influences on intensity of process of ESA that is why there is a necessity to manage this size in the operating setting of ldquoElitron-20rdquo The different modes of treatment which engulf the considerable range of powers both for realization of ldquoroughrdquo are for this purpose foreseen and high-precision processes of ESA

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimeters of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maхimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximum limit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

The different modes of treatment are used depending on requirements to the processing surface its cleanness wholeness thickness and porousity of the inflicted layer and also to the possible size of transitional area (thermal affected zone which is located under a superficial layer in which diffusive processes take place) On the minimum modes of treatment that than less energy of impulses of current the less is a thickness of layer got

40

in time unit on unit of surface but the top quality of the inflicted coverage The small thickness of transitional area (especially on the tempered materials) takes place in this case and the inflicted superficial layer is most closeness and his surface is cleaner in all Very often it follows to give advantages the fixed skims than to get thick layers which are more porous and more fragile The maximum modes of treatment (when more energy is selected in every single impulse) result in the transfer of greater portion of material Mainly the thickness of coverage makes 10200 mkm with the height of inequalities of type within the limits of Ra of =25100 mkm by a wholeness more than 80

In quality electrodes different condactive materials are used

The effect of ESA largely depends on external of good environments During working as a toolpiece which is fixed ESA by a method often intensification of the cutting modes is instrumental in the additional increase of firmness A not less value for achievement of positive results of application of ESA has qualification of operator To failings which arise up during unskilled labour flashing off of cuttings verges low wholeness and unevenness of coverage presence of humps belong and temperings

Taking into account it is all higher said in quality the sequence of works for ESA of cutting instrument and laboratory standards the following flowsheet was accepted (Fig 1) preparation of surface of the fastened good direct treatment of ESA of this surface on the certain modes of technological process control of quality of the inflicted coverage

Quality of the fixed layer of cutting instrument especially durability of his tripping with basis substantially depends on preparation of cutting verge of chisel The process of preparation of surface is included by two stages depriving of fat and tooling of surface for overcoating Depriving of fat carried out in well-known solvents (except for ethyl petrol to the acetone and others like that) After depriving of fat removed tracks of corrosion possible dross other contaminations by polishing and took a surface to metallic brilliance

As a result of numerous tests of process of ESA by an eutectic electrode on setting of Elitron-20 with different technological parameters the most optimum modes of causing of an electro-spark coverage were accepted on the cuttings edges of cutting instrumentcapacity of story condensers of C = 470 mkF amplitude of impulses of tension on the condensers of U = 42 B working current of Ip=5 A energy of high bit of W = 037 JouleSuch regime parameters are accepted as a result of the detailed analysis of influence of the factors described higher on the process of ESA

On the cutting instrument of electro-spark coverage after the given modes it is accepted the basic stages of technological process of causing

rapprochement an anode (to the electrode) is with a cathode (by good)

41

hasp of workpiece-to-electrode

decatenation from to the anode of drop of molten metal

explosion of molten drop

besieging of material an anode is on a cathode

a contact of electrode is with the surface of good

divergence of electrode is with the surface of good

Control of quality of the inflicted electro-spark coverage was carried out an external review and 4-10 x whether by magnifying glass (ГОСТ 8309-75)

Preparation of detail

Depriving of fat of surface

of detail

Avoil

Preparation of equipment is for causing of EIL

Choice of the modes of operations of EIL

Establishment

Cathode of detail is on a

metallic surface

Fixing in the

vibrator of Anode

electrode material

Rapprochement an anode is with a

cathode

-----------------------------

Causing of EIP is on a

detail

Control of quality of an electro-spark coverage

Magnifying glass

42

Fig 1 Technological flow-chart of causing of an electro-spark coverage

3 STRUCTURE AND BASIC PHYSICAL ARE MECHANICAL PROPERTIES OF ELECTRODE ALLOY AND WEARPROOF ELECTRO-SPARK COVERAGE

Erosive firmness of eutecticum alloys in the process of ESA depends on the row of physical and thermal constants of alloying elements which characterize force of interatomic connection and inflexibility of crystalline structure of alloy that those factors which influence on correlation of liquid and hard phases in the products of erosionWill mark that transference of electrode material at ESA is carried out actually in liquid and hard forms that promotes descriptions of mass transfer and improves quality of surface A presence in the structure of eutecticum alloy of fusible eutecticum is predetermined by an increase as compared to the tungsten alloy of erosion an anode and increase a cathode in 23 times The coefficient of transfer is here increased to 93 [ 16]

The fractographies of fracture of eutectic electrode alloy are presented on Fig 2 The fracture of alloy in swingeing majority has viscidly plastic character with the strongly ramified structure of surface

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimetre of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maksimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximumlimit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

a) b)

43

Fig 2 Fractographies of fracture of electrode eutectic alloy (a b) x 300 An image is in the second electrons

Spectroscopy researches of eutectic electrode alloy by the method of electronic spectroscopy rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles which was added an analysis In a spectrum there are all basic chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy Except for it high sensuality of method to the easy elements in the high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in very small concentrations

The standards of electrode alloy as fine-grained conglomerates for providing of reliable output of current pressed in in an indium The presence of indium in this spectrum is explained to intentional out-of-focus the probe of to 50 nm for determination of content of elements for the surfaces of fracture A form and size of peaks of oxygen and carbon (as to the antagonist of process of oxidization) allows to think about the low degree of oxidization of surface of fracture

Study of coarse-fine low power part of spectrum allowed to find out weak lances This phenomenon can be explained a segregation on-the-spot fracture of elements with high diffusive mobility such as sulphur and phosphorusIn the resulted spectrum of lance of electrons of iron imposed with high exactness on basic lances of manganese which does uttery difficult their division with the purpose of quantitative analysis

Complete record of distributing of chemical elements stabilizing of them served as a criterion on the depth of standard On border of distributing (transitional layer) formation of tape of oxide took place in the process of making of standard

By a X-ray phase analysis in the standard of electrode alloy found out four phases (table 1)

Table 1Crystalgeometrical of description of structural constituents in an electrode alloy

Phase Spatial

group Size of crystalline grate nm

а b С

1 - Fe Im3m 02867(1) - -

2 Fe3(CВ) Pbnm 04572(1) 05110(1) 06713(1)

3 Fe2B I4mcn 05115(1) - 04249(1)

44

Basic phase - α-Fe with the period of body-centred cube (BCC) grate ndash 2867(1)Aring For quantitative composition such phase is register the phase of type of cement carbide with a rhombic grate - Fe3(CB) (a=4572(1)Aring b=5110(1)Aring c=6713(1)Aring) Taking into account the difference of the resulted periods of grate in relation to such in clean Fe3C it costs to assume that in our case substituted for part of atoms of Fe other atoms (Mn Cr)The third registered phase in a feedstock for an electro-spark alloying was a tetragonal phase of boride iron - Fe2B (a=5115(1)Aring s=4249(1)Aring)Other lines (tabl1) which remained on the diffractogram of initial standard satisfactorily index within the framework of rhombic structure of isomorphic cement carbide in which substituted for a carbon silicium - Fe3(SiB) (a=4468(1)Aring b=5335(1)Aring s=6670(3)Aring)It should be noted that there is a two-bit of austenite in a standard however much all his lances coincide with the strong imprints of other registered phases

Thus as a result of researches of structural constituents of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li and it basic physical ndash mechanical properties it is set that the eutectic of Fe-B-C will be realized in this system Will mark as chance offers that the basic system Fe-Mn-C-B has two eutectic areas [6] the eutectic of Fe-Mn-C and Fe-B-C can be realized in whichTherefore given higher in a table a 1 phase composition of eutectic electrode alloy substantially differs from phase composition of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr (is there a presence in the α - Fe and γ - Fe manganese carbide of iron of Fe04Mn36C and Fe3C) which was used for causing of ESC during the leadthrough of comparative researches of wearproofness of instrumental steels Concerning ESC got from the eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li it should be noted that phase composition of such coverage is adequate phase composition of eutectic electrode alloy but structurally ESC and in this case has the appearance of ldquowhite layerrdquo

The characteristic type of the inflicted electro-spark coverage with the use of eutectic electrode material is rotined the method of ESA on Fig3

Fig 3 General view of electric spark coverage of inflicted ESA (x 70)

4 Fe3(SiB) Pbnm 04468(1) 05335(1) 06670(3)

45

Erosive fossulas which appear under an action on metal ground of high bits take shape which depends on the diameter of electrode and angle of his slope to the plane of basis The diameter of fossulas made 05hellip08 mm depth of penetration in basis of 80 ndash 120 mkm width of the thermal affected (TIZ) of 70hellip100 mkm zone Within the limits of TIZ there is growing of grain shallow under the action of a spark digit The same and also by the involuntary extrass of material outside a fossula the presence of microcracks is explained on the bottom of fossula and them too uneven microrelief

On the next stage of researches conducted the estimation of tribocharacteristic of an electro-spark coverage (ESC) on the machine of friction of СМЦ ndash 2 which was carried out at the friction of chisel with a counterbody at different speeds (6 ms and 9 ms) and loading 20 H Time made works 300 seconds The wearproofness of chisels was estimated after a gravimetric wear by coverages

Results rotined that maximum values of concentration of elements of the basic system Fe ndash Mn ndash C ndash B is chosen coming from possibility of receipt of alloys of eutectic type in obedience to the diagram of the state [6]

Content of additional alloying elements (to the chrome silicon) is limited possibility of receipt of alloys with an eutecticstructure and enhanceable physical ndash mechanical properties of coverage which is well described in-process [6]

That touches an alloying element (to lithium) his introduction to composition of material less than 03 inadvisable because this concentration does not allow fully to remove (to link) harmful admixtures such as P S O2 that take place on borders of grains The effect of introduction of lithium goes down these in composition of electrode material

Exceeding of maximum value of lithium (115 on mass) also worsens the level of mechanical and operating properties of coverage due to appearance in his structure of free (unconnected) lithium because it practically does not co-operate with basic alloying elements It sharply

46

reduces descriptions of durability of alloy and worsens wearproofness of coverage

Optimum physical ndash mechanical descriptions of coverage from point of wearproofness take place at the following composition of components of electrode material C - 08 Mn ndash 35 B ndash 255 Si ndash 278 Cr ndash 975 Li ndash 085 Fe are other correlation of BLi is 31 Thus the high values of wearproofness are marked both in the case of application of steel of U8 and to steel of R6M5

CONCLUSIONS

1 Among eutectic alloys which are recommended for causing the method

of EIL after it physical-mechanical by descriptions a main place is

occupied by materials of the system Fe ndash Mn ndash C ndash B alloyed different

additions which promote their hardness corrosive firmness and

wearproofnessTo the lacks of the indicated systems behaves

circumstance that at the synthesis of these coverages such harmful

admixtures appear in their structure as sulphur oxygen phosphorus

and other which substantially reduce the level of official descriptions of

coverages as a result of their fragilityIntroduction of lithium to

composition such the coverages allows substantially to reduce

negative influence of harmful admixtures From literary information

evidently that lithium is a good deoxidant purges a structure from

phosphorus and promotes desulphuration of alloy that is why

introduction of it to the eutectic alloys can give a positive effect on the

increase of firmness of cutting instrument

2 Technology of receipt of wearproof coverage is offered by the method

of the electro-sparkle alloying with application of eutectic electrode

materials with the admixtures of lithium The optimum modes are set

for technologies of causing of a wearproof electro-spark coverage on

the cuttings verges of cutting instrument

3 Research of eutectic alloy by the method of electronic spectroscopy

rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles

which was added an analysis In a spectrum there are all basic

chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy

Except for it high sensuality of method to the easy elements in the

high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in

very small concentrations

4 X-ray phases did the analysis of eutectic alloy rotin the presence of

phases α- Fe Fe3(BC) Fe2B Fe3(SiB) At research of wearproof

47

coverage registered sciagraphy except for imprints α - Fe γ ndash Fe

maximums of oxide of Fe3o4 After the removal of superficial layer of

coverage of lance of the indicated oxide not registered Are there three

phase constituents on the diffractograms of the polished standards α -

Fe γ ndash Fe and Fe3(B C) Does the amount of austenite make thus ~

5

REFERENCES

1 ВерхотуровАД АлфинцеваРА РогозинскаяАА идр

Свойстваизносо-стойкихпокрытийизэвтектическихсплавовхром ndash

карбид Порошковаяметаллургия- 1984- 3- С 45-50

2 Электроискровое легирование стали безвольфрамовыми

сплавами Коваль-ченко МС Паустовский АВ Кириленко СИ

Середа НН Цыбань ВА Белобородов ЛН Порошковая

металлургия-1984-6-С 47-50

3 Голубец ВМ Пашечко МИ Принципы создания и особенности

формирования эвтектических покрытий из жидкой фазы ФХММ

ndash 1984-6-С 25-29

4 Голубец ВМ Долговечность эвтектических покрытий в

коррозионных средахndashК Наук Думка 1990 ndash 118 с

5 Глухов ВП Боридные покрытия на железе и сталиndash

КНаукДумка1970ndash208 с

6 Пашечко МИ Голубец ВМ Чернец МВ Формирование и

фрикционная стойкость эвтектических покрытий- К Наук

Думка1993 ndash 344 с

7 Пашечко МИ Голубец ВМ Способ получения эвтектических

термо-диффузионно-наплавленных покрытийМеталловедение и

термобрабметаллов- 1989-6-С26-30

8 Голубец ВМ Пашечко МИ Износостойкость покрытий из

эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-B ndashК Наук Думка- 1989ndash

160 с

9 Мальцев МВ Металлография тугоплавких редких и

радиоактивных металлов и сплавовМ Металлургия 1971-487 с

10 Голубець ВМ Білоус ОВ Триботехнічні властивості зміцнених

електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей

при точінні деревинних матеріалів Науковий вісник Збірник

48

науково-технічних праць ndash Львів УкрДЛТУ ndash 2002- Вип 122 -

С 107 ndash 116

11 Свойства лития Гришин ВК Глазунов МГ Аракелов АГ

Вольдейм АВ Македонская ГС ndash М Металлургиздат 1963 ndash

115 с

12 Хансен М Андерко К Структуры двойных сплавов ndash М

Металлургиздат 1962 Т2ndash 707 с

13 Эллиот РП Структуры двойных сплавовndash М Металлургия 1970

ndash 642 с

14 Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості

ріжучого інструменту Білоус ОВ Голубець ВМ Юга ОЙ Гасій

ОБ Науковий вісник Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ

століття наука освіта технології ndash Львів Престиж інформ -

1999- Вип 95 ndash С 239-245

15 Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні

деревини Білоус ОВ Голубець ВМ Гасій ОБ Юга ОЙ

Науковий вісник ndash Львів УкрДЛТУ 2000- 111 ndash С 88-89

16 Гасій ОБ Розробка евтектичних електродів для електроіскрового

зміцнення деталей машин і оснащення Автореф дисhellip канд техн

наук 050201 ФМІНАН України ndash Львів 1993 ndash 16 с

49

Inż BolestaJoanna Dr inż CzekalskiDariusz

Katedra Podstaw Inżynierii Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za

pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the

tracking plane in years 2006 ndash 2010

SUMMARY

The aim of the study concerns the statistical analisys of hourly values of the solar irradiance coefficient of variation on the tracking plane based on data provided by the Faculty of Production Engeenering of Warsaw University of Life Sciences in years 2006 ndash 2010 The registered irradiance measures expressed in Wm2 are conducted every minute in use of pyranometers on three different planes horizontal southern and tracking plane The effects of this consideration are helpful due to the efficiency evaluation of the tracking plane functioning and also to the elimination of measurement errors connected with the Sun ndash tracking device The improvement of solar heating systems efficiency comes along with the increasing interest in renewable sources of energy in which solar radiation energy considered as the clean green energy and practically unlimited stands for one of the most crucial positions in Poland

WSTĘP

Silna i rozwinięta gospodarka energetyczna stanowi fundament prawidłowego funkcjonowania zaroacutewno w sferze globalnej jak i lokalnej każdego państwa i regionu Jednak duży postęp technologiczny ktoacuterego następstwem jest coraz większe zużycie energii wiąże się także ze stałym zmniejszaniem się zasoboacutew nieodnawialnych źroacutedeł energii Obecnie obserwuje się dwie tendencje dotyczące gospodarowania energią Pierwsza z nich dotyczy poprawy efektywności wykorzystania konwencjonalnych źroacutedeł energii oraz racjonalnego ich eksploatowania Druga natomiast określa rozwoacutej gospodarki energetycznej w kierunku odnawialnych źroacutedeł energii (OZE) ktoacutery determinowany jest przez akty prawne Unii Europejskiej (Pakiet Klimatyczny tzw 3x20) bądź Protokoacuteł z Kioto czyli międzynarodowe porozumienie w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałania tzw globalnemu ociepleniu [1] [2] Najważniejszym źroacutedłem energetycznym warunkującym procesy w atmosferze Ziemi jest Słońce Jako źroacutedło energii Słońce cechuje się niewyczerpalnością zasoboacutew energetycznych oraz największym potencjałem

50

wykorzystaniaw większości miejsc na Ziemi co zaowocowało szybkim rozwojem solarnych systemoacutew energetycznych Aktualnie energetyka słoneczna opiera się na poprawie efektywności i sprawności urządzeń oraz systemoacutew instalacji solarnych cieszy się jednak niesłabnącym zainteresowaniem oraz pozostaje dynamicznie rozwijającym się przemysłem [3] [4]

CEL ZAKRES I METODYKA PRACY

Do celu i zakresu pracy należy wyznaczenie prezentacja oraz analiza godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności natężenia promieniowania słonecznego (irradiancji) padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w miesiącach lipcu i październiku lat 2006 ndash 2010 Materiałem źroacutedłowym jest baza pomiarowa zawierająca dane zarejestrowane ze stanowiska badawczego znajdującego się na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wspoacutełczynnik zmienności definiowany jest jako stosunek wartości odchylenia standardowego do średniego natężenia promieniowania słonecznego Rejestrowane co 1 minutę wyniki pomiaroacutew natężenia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera oraz parametry opisujące temperaturę wilgotność oraz prędkość wiatru zapisywane są jako dobowe pliki programu LBX W wyniku konwersji danych otrzymano bazę arkuszy kalkulacyjnych MS Excel z okresu rozważanych pięciu lat zawierających wartości zarejestrowanego natężenia promieniowania słonecznego Do przeprowadzenia analizy wyznaczonych w kolejnych etapach parametroacutew statystycznych obliczono prawdziwy czas słoneczny dla każdego odnotowanego lokalnego czasu wykonania pomiaru zgodnie z matematycznymi zależnościami W każdym z arkuszy kalkulacyjnych wyznaczono zadane zmienne godzinowe w odniesieniu do wyznaczonego prawdziwego czasu słonecznego przy wykorzystaniu funkcji statystycznych programu MS Excel Obliczono w rezultacie godzinowe średnie natężenie promieniowania słonecznego odchylenie standardowe medianę oraz wspoacutełczynnik zmienności

OBIEKT BADAŃ

Dane empiryczne będące podstawą do analizy wspoacutełczynnika zmienności rejestrowane są na stanowisku badawczym zlokalizowanym na Wydziale Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przedstawionym na fotografii 1

51

Fot 1 Stanowisko badawcze na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW (opracowanie własne 2010)

Pomiary całkowitego natężenia promieniowania słonecznego tj bezpośredniego i rozproszonego wykonywane są przy użyciu pyranometroacutew ktoacutere rejestrują wyniki z trzech roacuteżnych płaszczyzn poziomej południowej oraz nadążającej za pozycją Słońca Ponadto w skład stanowiska badawczego wchodzą czujniki temperatury wilgotności oraz parametroacutew wiatru Pomiary rejestrowane są w odstępach 1 minuty a następnie przewodowo przesyłane do odpowiednich konwerteroacutew i komputera gdzie jako przekonwertowane pliki programu LBX firmy LAB-EL zapisywane są jako pliki dobowe ktoacutere umożliwiają stały podgląd mierzonych parametroacutew według kryterioacutew czasu i wybranej ekspozycji także w formie obrazowej tj wykresoacutew Na fotografii 2 przedstawiono pracownię pyranometryczną z ktoacuterą zintegrowane jest stanowisko badawcze Elementem zasadniczym z punktu widzenia niniejszego artykułu jest pyranometr CM 3 dokonujący pomiaru natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca Na fotografii 3 przedstawiono pyranometr CM 3 znajdujący się na stanowisku pomiarowym na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW

52

Fot 2 Pracownia pyranometryczna WIP (opracowanie własne 2010)

Fot 3 Pyranometr CM 3 śledzący pozycję Słońca stanowisko WIP (opracowanie własne 2010)

WYNIKI ANALIZ I OBLICZEŃ

Przykładowe zestawienie wynikoacutew obliczeń wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca lipca roku 2010 zamieszczono w tabeli 1 Analogiczne opracowania wykonano dla wszystkich miesięcy lipca i października z lat 2006 ndash 2010 Wyniki badań uwidaczniają pewną tendencję dotyczącą zależności natężenia promieniowania słonecznego i wspoacutełczynnika zmienności Przy niskich wartościach natężenia promieniowania

53

słonecznego obserwuje się zaroacutewno wysokie wartości zmienności jak i bardzo niskie Wynika to z faktu iż dotyczy to dni o dynamicznie zmieniającym się zachmurzeniu lub o długotrwałych okresach pełnego zachmurzenia Warto zauważyć że przy wysokim stopieniu zachmurzenia dokładne śledzenie ruchu pozornego a w rezultacie pozycji Słońca nie skutkuje wzrostem odnotowanych sum promieniowania słonecznego

Tab 1 Wspoacutełczynnik zmienności lipiec 2010 (opracowanie własne)

Dzień

Godziny czasu słonecznego

6-7 7-8 8-9 9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

1 102

064

029

045 001 039 045 054 045 068 052 038 017

2 009

003

004

002 001 017 001 020 002 002 002 004 009

3 004

005

006

053 049 044 031 014 002 042 045 093 097

4 015

052

039

039 031 021 026 045 047 037 056 041 094

5 064

003

039

059 047 070 068 044 048 010 011 005 045

6 005

006

028

041 062 028 036 028 059 077 013 011 063

7 033

034

047

047 051 060 059 055 038 050 039 020 030

8 028

034

038

020 015 038 034 041 036 039 040 028 054

9 005

004

006

002 002 017 004 004 010 006 005 005 010

10 004

003

002

001 002 016 004 001 001 002 009 017 018

11 005

003

002

015 001 001 001 001 001 001 002 006 011

12 006

003

002

040 037 031 030 029 044 004 011 006 014

13 013

030

049

010 046 026 035 013 044 032 041 096 081

14 009

029

003

009 007 036 064 044 095 078 048 024 049

15 007

003

002

001 003 030 017 010 002 002 021 011 041

16 060

040

050

004 001 014 031 006 022 021 059 070 020

17 007

004

002

001 030 030 035 021 012 052 017 009 053

18 059

062

039

035 057 024 012 043 023 021 025 064 051

19 025

016

031

052 021 022 029 011 023 027 037 041 036

20 11 09 02 029 023 047 069 048 028 034 025 057 057

54

3 3 7

21 009

004

028

017 018 038 042 025 014 004 024 047 050

22 008

004

002

001 001 001 001 021 001 003 004 009 025

23 012

004

002

001 001 001 004 042 027 039 032 073 052

24 044

076

085

054 039 018 034 046 047 045 082 054 080

25 053

085

041

032 035 034 051 054 036 077 078 018 071

26 033

025

046

016 021 021 032 041 016 022 031 035 023

27 030

023

044

016 013 014 027 016 032 026 023 036 053

28 049

045

021

030 030 037 047 034 048 034 038 070 059

29 019

065

027

033 052 039 077 059 054 032 017 028 047

30 048

035

068

039 033 035 036 027 044 028 031 047 026

31 062

082

034

045 043 044 040 101 052 039 036 024 089

Wykres 1 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu lipcu na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 11 do 12 Jednocześnie ilustruje on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wraz z upływem dnia od godziny 9 w lipcu rosną wartości wspoacutełczynnika zmienności

Wyk 1 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Lipiec 2006 - 2010

0

100

200

300

400

500

600

700

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

025

030

035

040

045

050

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

55

Na wykresie 2 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje w jakim stopniu wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepszym pod względem zmienności okazał się rok 2006 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego w poszczegoacutelnych godzinach

Lipiec 2006 - 2010

0

01

02

03

04

05

06

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

Wyk 2 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca lipca w danej godzinie czasu słonecznego (opracowanie własne)

Wykres 3 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu październiku na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 12 do 13 Jednocześnie przedstawia on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wartość wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca października na przestrzeni badanych lat osiąga relatywnie stałe wartości w godzinach od 9 do 15 Od wschodu Słońca do godziny 9 oraz od godziny 15 do zachodu Słońca obserwuje się gwałtowny wzrost zroacuteżnicowania wynikoacutew pomiaroacutew

56

Wyk 3 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Na wykresie 4 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje stopień w jakim wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepiej pod względem zmienności wypada rok 2010 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego

Wyk 4 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca października w danej godzinie czasu słonecznego

(opracowanie własne)

Wykres 5 przedstawia wyniki poroacutewnawcze wartości średniego natężenia promieniowania słonecznego na płaszczyźnie nadążnej miesięcy lipca i października na przestrzenia badanych pięciu lat od roku 2006 do 2010 Opracowanie dla miesiąca lipca przeprowadzano od godzin od 6 do 18 Poroacutewnanie obejmuje godziny od 7 do 17 według analizowanych godzin dla

Październik 2006 - 2010

0

50

100

150

200

250

300

350

400

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

030

040

050

060

070

080

090

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

Październik 2006 - 2010

02

03

04

05

06

07

08

09

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

57

października Godziny przed 7 oraz po 17 nie dają znaczących wartości do poroacutewnywania przy tak zroacuteżnicowanych miesiącach W przypadku obu miesięcy największe natężenie promieniowania słonecznego przypada na przedział czasowy od 11 do 12 godziny czasu słonecznego

Wyk 5 Poroacutewnanie średniego natężenia promieniowania słonecznego w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Krzywe na wykresie 6 opisują zmienność wynikoacutew badań dla analizowanych miesięcy w okresie pięciolecia Wyniki dla miesiąca lipca odbiegają nieznacznie od wartości oczekiwanych Znacząca roacuteżnica między zestawionymi miesiącami jest zauważalna w godzinach wczesno porannych oraz godzinach wieczornych

Wyk 6 Poroacutewnanie wspoacutełczynnika zmienności w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Lata 2006 - 2010

5074

59966337 6372 6432

6173 60325884

5386

4712

950

2308

2945

34673721 3767

3454

2809

1906

884

0

100

200

300

400

500

600

700

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

lipiec październik

Lata 2006 - 2010

022025

028031

036 037 036 037

039

034031

034 036 037

041

054

0

01

02

03

04

05

06

8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

lipiec październik

58

WNIOSKI

1 Energetyka słoneczna oraz inne odnawialne źroacutedła energii stanowią

alternatywę dla stale kurczących się zasoboacutew paliw wyczerpywalnych

Udział energii z OZE w gospodarce energetycznej jest ponadto

regulowany aktami prawnymi ustawami oraz dyrektywami Unii

Europejskiej

2 Przedmiotem rozważań była analiza zmienności natężenia

promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą

za pozycją Słońca w ujęciu wartości godzinowych Baza pomiarowa

obejmowała dane rejestrowane w latach 2006 ndash 2010 na Wydziale

Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie Przeprowadzone obliczenia

są pomocne w ocenie efektywności pochłaniania promieniowania

słonecznego

3 Lipiec na przestrzeni badanych lat charakteryzuje się wspoacutełczynnikiem

zmienności na poziomie 022 divide 037 natomiast w październiku

wartości oscylują w granicach 031 divide 054 Wyniki lipcowe świadczą

o roacutewnomiernym docieraniu promieni słonecznych do odbiornika

w ciągu badanego okresu W październiku zaś obserwuje się stały

charakter przebiegu krzywej wspoacutełczynnika zmienności w kształcie

litery U Wysokie wartości w godzinach porannych i wieczornych

wywołane są kroacutetszym niż w przypadku lipca czasem operacji

słonecznej

4 Dla obu rozpatrywanych miesięcy wspoacutełczynnik zmienności wraz z

upływem kolejnych godzin dnia rośnie Maksymalną wartość osiąga on

w lipcu w godzinie 13-14 oraz 15-16 i wynosi 037 natomiast

w październiku między godziną 15 i 16 woacutewczas roacutewny jest 054 Taka

roacuteżnica odzwierciedla roacutewnież przebiegi godzinowych wartości

średnich oraz sum natężenia promieniowania słonecznego w ktoacuterych

październik charakteryzuje się dużą niestabilnością warunkoacutew

atmosferycznych i pogodowych w stosunku do lipca gdzie obserwuje

się relatywnie podobny dla wszystkich 5 lat rozkład natężenia

promieniowania słonecznego w ciągu dnia

5 W prognozowaniu efektywności oraz rezultatoacutew działania solarnych

systemoacutew grzewczych i ich stabilności zasadnicza jest analiza

wspoacutełczynnika zmienności Im jest on wyższy tym w dalszej

perspektywie większe komplikacje w zaimplementowaniu i osiągnięciu

prawidłowego standardu działania słonecznych instalacji grzewczych

Na podstawie przeanalizowanych miesięcy widoczna jest zależność

59

między wpływem określonego momentu w roku oraz

charakterystycznych dlań warunkoacutew atmosferycznych (zachmurzenie)

na tę zmienną statystyczną

BIBLIOGRAFIA

1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 200928WE z dnia 23

kwietnia 2009 r w sprawie promowania stosowania energii ze źroacutedeł

odnawialnych

2 Protokoacuteł z Kioto do Ramowej konwencji Narodoacutew Zjednoczonych z

dnia 11 grudnia 1997 r w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałaniu

globalnemu ociepleniu

3 Pomierny W Możliwości wykorzystania energii promieniowania

słonecznego do celoacutew grzewczych w Polsce Centralnej Polska

Energetyka Słoneczna 12003

4 Kosieradzki J Kolektory słoneczne w polskich warunkach

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 62008

60

Brzezina Natalia

Warsaw University of Life Sciences

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold

SUMMARY

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI With its designation as a product of Protected Designation of Origin Styrian Pumpkin Seed Oil PGI joins the company of products such as Champagne Prosciutto di Parma Prosciutto di San Daniele Greek Feta Cheese and Nuumlrnberger Lebkuchen as one of the most well controlled elite and exclusive European specialities What is significatnt is that the whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

INTRODUCTION

Quality is an issue for every farmer and buyer whether dealing with commodities produced to basic standards or with the high-end quality products in which Europe excels EU farmers must build on high quality reputation to sustain competitiveness and profitability EU law lays down stringent requirements guaranteeing the standards of all European products In addition EU quality schemes identify products and foodstuffs farmed and produced to exacting specifications Thus three EU schemes known as PDO (protected designation of origin) PGI (protected geographical indication) and TSG (traditional speciality guaranteed) promote and protect names of quality agricultural products and foodstuffs

The Protected Geographical Indication (PGI) is the name of an area a specific place or in exceptional cases the name of a country used as a description of an agricultural product or a foodstuff

which comes from such an area place or country

which has a specific quality goodwill or other characteristic property attributable to its geographical origin

whose production processing or preparation takes place within the determined geographical area

In other words to receive the PGI status the entire product must be traditionally and at least partially manufactured (prepared processed OR produced) within the specific region and thus acquire unique properties

61

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI Therefore these regional ties should be preserved in order to protect this typical Styrian speciality Hence in 1996 the EU-Commision declared Styrian Pumpkin Seed Oil PGI as a Protected Geographical Indication with article 5 VO(EWG) Nr 208192 The whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

DESCRIPTION OF THE PRODUCT

The Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a dark viscous edible oil used mainly as salad oil Produced from Styrian pumpkin seeds (Cucurbita pepo var styriaca) which grow without skin using a gentle pressing process The oil is rich in polyunsaturated fatty acids and different highly nutritious ingredients

Styria is a state or Bundesland located in the southeast of Austria In area it is the second largest of the nine Austrian federal-states covering 16388 kmsup2 It borders Slovenia as well as the other Austrian states of Upper Austria Lower Austria Salzburg Burgenland and Carinthia The population (as of 2006) was 1203986 The capital city is Graz Styrian pumpkin seed oil is pressed exclusively in the traditional area in the southern Styria (administrative districts of Deutschlandsberg Feldbach Fuumlrstenfeld Graz and environs Hartberg Leibnitz Radkersburg Voitsberg and Weiz) and in the southern Burgenland (districts of Jennersdorf and Guumlssing) but the skinless pumpkin seed are also cultivated (but nor pressed) by the farmers form some parts of Lower Austria (administrative districts of Hollabrann Horn Mistelbach Melk Gaumlnseradorf - only in the judicial district of Zistersdorf- and Komeuburg-Stockerau - only in the judicial district of Stockerau)

The development of Styrian pumpkin seed oil is closely linked to the history of Styria It has been proved that oil was being pressed from pumpkin seeds as early as the 18th century The traditional pressing process and the cultivation of skinless pumpkin seeds developed in Styria Mechanisation of harvesting and processing also developed there

The predominantly moist warm climate in the cultivated areas (Illyrian lower alpine climate in Styria) means that the Styrian oil pumpkin does not ripen until autumn This produces the high unsaturated fatty acids content Cultivation plays a major economic role in the abovementioned areas maintaining the small farm structure there (cultivated area at present around 10 000 hectares) The production of Styrian pumpkin seed oil is an important employment factor and provides income for about 70 commercial

62

oil mills in adjacent areas threatened by depopulation Additionally the consumers prefer Styrian pumpkin seed oil

PRODUCTION TECHNOLOGY

Tradition plays an especially important role in the production of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI The farmers and oil pressers continue to depend on traditional production practices all the while mixing new technology with their traditional knowledge Because of this traditional philosophy the import of exotic pumpkin seeds is strictly avoided and only domestic pumpkin seeds are used in this product

It all begins with the sowing of the seeds in rows in the end of April or beginning of May The rows are spaced so that it is possible for a mechanical hoe to easily till the soil between them Depending on the weather conditions the harvest takes place between the middle of September and the middle of October When the seeds are planted on smaller fields they are still harvested by hand but when planted on larger fields the seeds are harvested by machines The yield reaches around 400 ndash 900kg pumpkin oil seeds per 1 hectare After they are harvested the seeds are directly washed and dried Then the dried and so well storable seeds are then freshly pressed when the oil is needed Approximately 25-3 kg of these shell-less pumpkin seeds are necessary for 1 Liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI

To the dried ground kernels fresh water and table salt is added to form a soft pulp The pulp is roasted for up to 60 min at temperatures around 100degC which results in coagulation of the protein fraction and permits convenient separation of the lipid fraction by pressing This roasting process is responsible for the generation of the typical aroma of the end product The subsequent pressing process is performed under isothermal conditions at pressures between 300 and 600 bar leading to a dark green oil as the end product Since the pressing process is not exhaustive the remaining pressing cakes still contain considerable amounts of the valuable oil Styrian pumpkin seed oil production is still predominantly handcraft and is performed mostly by small regional oil mills The individual small farmers bring in their dried pumpkin seeds and get back the oil as a service of the mill the latter being either paid or pocketing a small percentage of the product A few oil mills produce the oil after buying the pumpkin seeds from small farms in the region Some bigger farms have their own oil production Automated and continuous production exists only in the very early experimental state and is currently not of any quantitative importance However the latter approach is also undesired since one hallmark of Styrian pumpkin seed oil is its individuality and that it is handcraft As a consequence standardization over the dozens of oil mills and the hundreds of different products that are due to individual pumpkin seed batches is very difficult to achieve

63

CONTROL SYSTEM OF ORIGINALITY OF THE PRODUCT

In order to ensure the high quality of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI an efficient system of controls are in place that comprehensively monitor the domestic pumpkin seeds on their way from the field to the oil press and once in the bottle on to the shops shelves The system of controls depends on the internal controls of each producer in combination with external controls performed by the producers collective as well as by an accredited external organization Currently two companies LACON GmbH (Rohrbach) and SGS Austria Controll-CoGesmbH (Vienna) have the authority to conducta the quality control

DISTRIBUTION OF THE PRODUCT

According to information from the Ministry of Agriculture in Austria there are no concrete data on market shares of pumpkin seeds and pumpkin seed oil Also there are no figures on the export of these products because it does not pumpkins own goods number is Therefore it can be given to this subject at this point only some estimates The Styrian pumpkin seed oil production is marketed in to two-thirds directly by the farmers and in one third by the commercial rail The product is available in all Austrian supermarkets The gastronomy business plays also a relevant role as a key distribution channel According to producers the export share of pumpkin seed oil reaches around 20 percent of total production The main export target countries are as follows Switzerland and Germany and the Asian region The net prices of pumpkin seeds moves between 240euro and 260euro per kilo and one liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI costs about 17-20euro

PRODUCERSrsquo GROUP

An important role plays also the producersrsquo group called Gemeinschaft Steirisches Kuumlrbiskernoumll ggA The group was founded in 1998 and was at the time of the creation there were about 950 members (farmers and oil millers) Because of the strongly growing demand in recent years the membership increased significantly so in 2006 it was to around 1600 members and currently there are approximately 2100 members The major aim of the group is to concentrate on the precisely functioning of the control system to expand the knowledge about the product among consumers and to ensure the high quality of the product Therefore they organise several different events and meetings for variety of people Additionally many oil mills and pumpkin seeds producers run small restaurants with dishes containing the special oil

64

VARIETY OF USES OF THE PRODUCT

The scientists have proven that pumpkin seed oil contains many health benefits

antioxidants A C and E selenium and many phytosterols which help reduce the risk of arteriosclerosis heart disease stroke and cancer and regulate cholesterol levels It contains more vitamin E than sunflower corn or olive oil

vitamins B1 B2 B6 D

minerals such as calcium magnesium iron and phosphor zinc and a wide range of trace elements

high levels of essential fatty acids (second only to flaxseeds) producing prostaglandins which regulate heart rate blood pressure and inflammation and aid in fighting infections

significant amounts of vegetable protein

As a German folk medicine it has been used to treat irritable bowel syndrome and with castor oil to rid patients of intestinal parasites Preliminary studies have shown that pumpkin seeds may reduce the risk and alleviate symptoms of benign prostatic hyperplasia (BPH) and improve prostate health The German Federal Institute for Drugs and Medical Devices found that components of pumpkin seeds have positive effect on the bladder and prostate As a massage oil it purportedly relieves tension headaches muscle pain rheumatic problems sprains and redness As a cream it is used for dry skin care dandruff and is said to help prevent stretch marks

Moreover Styrian Pumpkin Seed Oil PGI can be used in a wide range of dishes including pumpkin seed oil scrambled eggs pumpkin seed oil spread sour sliced beef salad marinated fish or sheeps cheese pumpkin seed oil dumplings pork medallions with pumpkin seed oil butter pumpkin seed oil polenta steak with pumpkin seed oil salads ice cream with pumpkin seed oil pumpkin seed oil parfait pumpkin seed oil cake etc

CONCLUSION

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a true gift from nature It is a guaranteed natural speciality an is produced without the addition of other oils food colourings aromas or preservatives It has a typical and one of a kind character that comes from the Styrian ground it grows on The sun-rich climate as found in the South and East of Austria is in addition to the unique earth a prerequisite for obtaining the high quality of this product The production chain system of the Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is so accurately planned that it can be an ideal model of production for many other producers of foodstuff who want to be competitive in the market

65

REFERENCES

1 Fruhwirth G O Hermetter A Production technology and

characteristics of Styrian pumpkin seed oil Eur J Lipid Sci Technol

110 (2008) 637-644

2 Fruhwirth G O Hermetter A Seeds and oil of the Styrian oil pumpkin

Components and biological activities Eur J Lipid Sci Technol 109

(2007) 1128ndash1140

3 httpswwwdafneatproddafne_plus_commonattachment_download

c497124dba0fed0d5fc1e0292acdec05Endbericht_HCBPDF

30042011

4 httpenwikipediaorgwikiStyria 30042011

5 httpstmkagrarnetinfo 30042011

6 httpwwwLK-STMKat 30042011

7 httpwwwsteirisches-kuerbiskernoel-ggaat 30042011

66

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass

SUMMARY

The results of investigations of compaction of the milled biomass of eight plant species intended for energy spartina giant miscanthus topinambourpolygonaceous Virginia mallow willow rose and as well as maize were introduced in this work Milled plant material was compaction on investigative stand equipped in device with hydraulic piston which was steered by hydraulic attachment The experiments were performed at two duration and the pressures of compaction and the three phases of the pressure piston It was found that different combinations of the above-mentioned factors a very significant impact on the final density of milled biomass Susceptibility to compaction of biomass of individual plant species was varied From knowledge information follow recommendations which may be useful in practice for the pressure agglomeration of biomass in the form of pellets or briquettes

WSTĘP

Uzyskanie biopaliw stałych z roślin energetycznych wymaga zastosowania roacuteżnych procesoacutew rozdrabniania suszenia i ciśnieniowej aglomeracji Surowiec z roślin energetycznych należy do materiałoacutew charakteryzujących się dużą objętością przy małej masie Stwarza to problemy przy transporcie przeładunku oraz zwiększa potrzebny na duże powierzchnie magazynowe Aby w pełni wykorzystać zalety materiału z roślin energetycznych jako paliwa należy poddać go zagęszczaniu podczas ktoacuterego można wytworzyć końcowe produkty takie jak brykiety lub pelety Produkty takie są łatwiejsze w transporcie i mogą być potrzebne mniejsze powierzchnie do ich przechowywania Ponadto energetyczna jakość końcowa peletoacutew i brykietoacutew jest większa niż surowca (Hejft 2002)

W dostępnej literaturze znajduje się mało informacji o cechach i parametrach procesu niskociśnieniowego zagęszczania rozdrobnionej biomasy pochodzącej z roślin energetycznych Dlatego też celem pracy było wyjaśnienie wpływu ciśnienia i czasu zagęszczania oraz liczby faz obciążenia na zmianę gęstości zmielonego materiału spartiny preriowej ślazowca pensylwańskiego miskanta olbrzymiego kukurydzy wierzby wiciowej słonecznika bulwiastego rdestowca sachalińskiego i roacuteży wielokwiatowej

67

MATERIAŁ I METODY

W badaniach wykorzystano materiał organiczny z wierzby krzewiastej topinamburu ślazowca pensylwańskiego spartiny preriowej roacuteży wielokwiatowej rdestowca sachalińskiego miskanta olbrzymiego i kukurydzy Rośliny zebrano z poletek Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach ktoacutera należy do SGGW w Warszawie Do zbioru roślin zastosowano 2-rzędową przyczepianą sieczkarnię polową Z374 wspoacutełpracującą z ciągnikiem Ursus1234 z silnikiem o mocy 85 kW Toporowy zespoacuteł rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w gładką płytkę denną i proste łopatki rzutnika z ostrą krawędzią natarcia Przy prędkości kątowej tarczy 1047 s-1 i 10 nożach oraz prędkości zasilania 082 mmiddots-1 osiągnięto częstotliwości cięcia 167 Hz i teoretyczną długość cząsteczek materiału 49 mm

Zrębki lub sieczkę suszono w naturalnych warunkach do wilgotności 950-1385 i następnie zmielono rozdrabniaczem bijakowym wyposażonym w ekran perforowany z otworami o średnicy 10 mm

Na każdym etapie badań wyznaczono wilgotność materiału roślinnego metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13183-1 W tym celu 3 proacutebki materiału z każdej rośliny o masie 20 g zważone na wadze RADWAG WSP 600C z dokładnością 001 g suszono do stałej masy w temperaturze 105oC

Charakterystykę wymiarową zrębkoacutew lub sieczki bądź zmielonego materiału przeprowadzono na separatorze mechanicznym zgodnie z metodyką ASAE S4241 (ASAE Standard 2003) Do pomiaru rozkładu wymiaroacutew cząstek rozdrobnionego materiału użyto po 5 uśrednionych niezagęszczonych proacutebek o objętości 10 dm3 Czas przesiewania proacutebki kontrolowano stoperem a masę poszczegoacutelnych frakcji cząstek ważono na wadze elektronicznej z dokładnością 001 g Jeśli ilość resztek na sicie goacuternym przekraczała 1 całkowitej masy proacutebki reprezentatywną proacutebkę na tym sicie określono przez ręczny pomiar suwmiarką z dokładnością 01 mm Średnią długość cząstek wyznaczono jako średnią geometryczną Kosz sitowy poruszał się z częstotliwością 24 Hz a czas rozdzielenia każdej proacutebki wynosił 120 s Analizę rozkładoacutew wymiaroacutew cząstek pociętych i zmielonych podano w pracy Lisowskiego i inn (2010)

Zmielony materiał zagęszczano z wykorzystaniem hydraulicznego urządzenia zaprojektowanego w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie i wykonanego przez firmę Rockfin Sp z oo (rys 1-2) Urządzenie ma możliwość regulacji siły nacisku przez zmianę ciśnienia roboczego czasu trwania i liczby faz w cyklu roboczym liczby tych cykli a także zmiany średnicy tarczy dociskającej spełniającej rolę tłoka Urządzenie zagęszczające było podłączone do hydraulicznej przystawki napędowej firmy Rockfin Sp z oo

68

Przed właściwymi pomiarami zagęszczania przeprowadzono kalibrację systemu pomiarowego i jego skalowanie Pozwoliła ona na przekształcenie wartości w mV wskazywane przez przyrządy na określone wartości wielkości fizyczne drogi i ciśnienia wyrażone w odpowiednio w milimetrach i barach

Skalowanie przetwornika przemieszczeń przeprowadzono za pomocą podkładek dystansowych Za punkt 0rdquo ustalono dno cylindra zagęszczającego o wysokości 430 mm i średnicy 280 mm Na dnie cylindra układano stopniowo podkładki o grubości 50 mm do chwili gdy tłok osiągnął goacuterne położenie cylindra Dla każdej skokowej zmiany położenia tłoka rejestrowano wskazania miernika przesunięć i ciśnienia Na tej podstawie wyznaczono liniowe charakterystyki obu miernikoacutew Dla przetwornika przemieszczeń otrzymano roacutewnanie h = 0055U + 2092 R2 = 0999 a dla ciśnienia p = 0031U ndash 6341 R2 = 0999 (gdzie h ndash droga trzpienia przetwornika przemieszczeń w mm U ndash napięcie w mV p ndash ciśnienie w barach) Funkcje odwrotne wykorzystano do wyznaczenia wartości rzeczywistych

Porcję zmielonego materiału roślinnego o objętości 25 dm3 odmierzoną za pomocą naczynia miarowego z dokładnością 01 dm3 ważono z dokładnością 20 g Pojedyncza porcja materiału roślinnego podlegała cyklowi zagęszczenia według nastawionych parametroacutew ciśnienia i czasu trwania zagęszczania Skok tłoka rejestrowano przetwornikiem przemieszczeń co pozwoliło na wyznaczenie gęstości objętościowej materiału roślinnego Jeden cykl zagęszczania materiału składał się z trzech faz nacisku ktoacutere trwały 6 lub 10 s przedzielonych dwiema fazami przerw polegającymi na wycofaniu tłoka trwającymi 5 s Czas trwania jednego cyklu trwał 28 lub 40 s i kończył się całkowitym uniesieniem tłoka i wysunięciem płyty wraz z cylindrem

69

Rysunek 1 System sterujący pracą urządzenia i rejestrujący

wyniki pomiaroacutew

Rysunek 2 Tłok z czujnikiem przemieszczeń podczas

zagęszczania

Pomiar masy zmielonego materiału roślinnego o znanej objętości pozwolił na wyznaczenie gęstości usypowej

V

mm nnp

z

(1)

gdzie

mnp ndash masa naczynia z materiałem roślinnym kg

mn ndash masa naczynia kg

V ndash objętość naczynia m3

Podczas procesu zagęszczania zmienia się gęstość materiału w zależności od drogi tłoka Na podstawie tego można wyznaczyć średnią gęstość materiału ze wzoru

)( 0 hhS

m

(2)

gdzie

m ndash masa zmielonego materiału roślinnego kg

h0 ndash wysokość początkowa materiału w cylindrze m

S ndash pole przekroju poprzecznego cylindra m2

h ndash droga tłoka rejestrowana przetwornikiem przemieszczeń m

Do zagęszczania zmielonego materiału roślinnego zastosowano tarczę dociskową o średnicy 225 mm oraz ciśnienie zagęszczania 70 lub 190 kPa

70

ktoacuteremu odpowiada ciśnienie w siłowniku hydraulicznym odpowiednio 22 i 60 bar oraz siła nacisku na materiał odpowiednio 278 i 755 kN

Dla każdej z roślin wykonano po trzy proacuteby zmieniając w kombinacji czas i ciśnienie co łącznie dawało 12 pomiaroacutew dla każdego rodzaju materiału W sumie dla ośmiu roślin wykonano 96 pomiaroacutew

Urządzenie zagęszczające wspoacutełpracowało z komputerem wyposażonym w program sterujący (rys 1) Przetworzone sygnały pomiarowe z czujnikoacutew przemieszczenia i ciśnienia zapisywano na dysku komputera ktoacutere transponowano za pomocą napisanych makr na wartości wielkości fizyczne Dla każdego układu pomiarowego sporządzono wykresy zagęszczania będące charakterystykami zmian ciśnienia i przemieszczenia od czasu działania tłoka na materiał roślinny (rys 3)

Rysunek 3 Przykładowe przebiegi zmian zagęszczania rozdrobnionego materiału roślinnego czas zagęszczania 10 s czas odprężenia 5 s

ciśnienie zagęszczania 190 kPa p ndash ciśnienie h ndash wysokość warstwy materiału roślinnego A ndash początek zagęszczania B-C E-F H-I ndash czas zagęszczania przy stabilnym obciążeniu odpowiednio dla pierwszej drugiej i trzeciej fazy cyklu C-D F-G ndash cofnięcie tłoka (odprężenie

materiału) D-E G-H ndash ponowny nacisk tłoka na materiał roślinny I ndash koniec zagęszczania dla jednego cyklu

Dla każdego odcinka zagęszczania przy stabilnym obciążeniu tłoka B-C E-F H-I (faza cyklu) oszacowano roacutewnania regresyjne zmian gęstości materiału roślinnego od czasu (3 roacutewnania dla każdego cyklu) Parametry roacutewnań wykorzystano do wyznaczenia gęstości materiału na początku i końcu ruchu roboczego tłoka oraz gęstości końcowej zagęszczonego materiału roślinnego w cylindrze Otrzymane wartości gęstości dla zmielonego materiału roacuteżnych roślin oraz dla ciśnienia zagęszczenia (70

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h m

m p

bar

A

BC

D

E F

G

H I

71

i 190 kPa) czasu nacisku (6 i 10 s) i fazy cyklu (1 2 3) opracowano metodami analizy statystycznej z wykorzystaniem pakietu komputerowego Statistica v90

WYNIKI I DYSKUSJA

Na podstawie wynikoacutew analizy wariancji (tab 1) można stwierdzić że na zroacuteżnicowanie wartości gęstości materiału miały statystycznie wysoce istotny wpływ wszystkie czynniki głoacutewne rodzaju rośliny ciśnienie czas i faza zagęszczania Interakcje podwoacutejne i niemal wszystkie potroacutejne okazały się statystycznie istotne Interakcja potroacutejna ciśnienie - czas - faza dla ktoacuterej krytyczny poziom istotności wynosił 0056 była na granicy istotności

Tabela 1 Wyniki analizy wariancji dla końcowej gęstości biomasy w zależności od badanych czynnikoacutew

Czynnik Suma

kwadratoacutew

Liczba stopni

swobody

Średni kwadrat

Wspoacutełczynnik Femp

Krytyczny poziom

istotności

Czynniki głoacutewne

A roślina 157120 7 224457 1636 gt00000

B ciśnienie 155199 1 221712 1616 gt00000

C czas 628692 1 449066 3273 gt00000

D faza 291251 2 291251 2123 gt00000

Interakcje

AtimesB 157120 7 224457 1636 gt00001

AtimesC 155199 7 221712 1616 gt00001

AtimesD 628692 14 449066 3273 gt00001

BtimesC 291251 1 291251 2123 gt00001

BtimesD 688352 2 344176 2509 gt00001

CtimesD 114929 2 574644 4188 gt00001

AtimesBtimesC 117917 7 168453 1228 gt00001

AtimesBtimesD 944091 14 674351 492 gt00001

AtimesCtimesD 983682 14 70263 512 gt00001

BtimesCtimesD 803321 2 40166 293 00560

AtimesBtimesCtimesD 182485 14 130347 095 05065

Reszta 259313 189 137202

Ogoacutełem 209341E6 284

Na podstawie wynikoacutew szczegoacutełowej analizy przeprowadzonej testem Duncana można stwierdzić że najmniejszymi wartościami gęstości cechował się zmielony materiał topinambura i ślazowca pensylwańskiego tworząc grupę jednorodną dla tych roślin (tab 2) Klejoną grupę jednorodną

72

utworzyły wartości gęstości zmielonego materiału miskanta i rdestowca Dla pozostałych roślin wyodrębniono indywidualne grupy wartości gęstości zmielonego materiału

Tabela 2 Test Duncana dla czynnika roślina

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

Roślina

topinambur 33 172152 207065 X

ślazowiec 36 173912 195222 X

miskant 36 184423 195222 X

Rdest 36 187346 195222 X

kukurydza 36 236196 195222 X

spartina 36 248142 195222 X

wierzba 36 354262 195222 X

roacuteża 36 379467 195222 X

Na podstawie szczegoacutełowej analizy wartości średnich gęstości zmielonego materiału roślinnego można stwierdzić że statystycznie istotnie roacuteżniły się one dla kolejnych faz zagęszczania (tab 3)

Dla poszczegoacutelnych czynnikoacutew głoacutewnych i ich poziomoacutew obliczono średnie wartości gęstości końcowej zgęszczonego materiału roślinnego (tab 4) W tabeli tej zestawiono roacutewnież wartości błędoacutew standardowych i zakresy zmienności gęstości obejmujące 95 rozkłady średniej z proacuteby Dla poszczegoacutelnych roślin wyznaczono gęstość początkową będącą gęstości nasypową i w odniesieniu do końcowej gęstości zagęszczonego materiału obliczono przyrost gęstości w procentach

Tabela 3 Test Duncana dla czynnika faza zagęszczania

Faza Liczebność Średnia kgmiddotm-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

1 95 220452 120479 X

2 95 249228 120479 X

3 95 256282 120479 X

73

Tabela 4 Gęstość początkowa i końcowa zmielonego materiału oraz dolne i goacuterne wartości zakresu gęstości wraz z błędami standardowymi dla

czynnikoacutew głoacutewnych

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3

Błąd standardowy

kgmiddotm-3

Dolna wartość

kgm3

Goacuterna wartość kgmiddotm

-3

Gęstość nasypowa

kgmiddotm-3

Przyrost gęstości

Średnia ogoacutelna

285 241987

roślina

Topinambur 33 172152 207065 168067 176236 10275 67

ślazowiec 36 173912 195222 170061 177763 7233 240

Miskant 36 184423 195222 180572 188274 6583 180

Rdest 36 187346 195222 183495 191197 11823 58

kukurydza 36 236196 195222 232345 240046 9447 150

spartina 36 248142 195222 244291 251993 6834 263

wierzba 36 354262 195222 350411 358113 19201 84

roacuteża 36 379467 195222 375616 383318 26451 43

ciśnienie

70 144 220166 0976112 218241 222092

190 141 263808 0991247 261853 265764

czas

6 141 234510 0991247 232555 236465

10 144 249465 0976112 247539 25139

faza

1 95 220452 120479 218075 222829

2 95 249228 120479 246851 251605

3 95 256282 120479 253906 258659

Analizując całościowo otrzymane wyniki badań można stwierdzić że najmniejszą gęstość końcową 1561 kgmiddotm-3 uzyskano dla zmielonego materiału topinambura przy ciśnieniu zagęszczania 70 kPa i czasie zagęszczania 6 s a największą 4037 kgmiddotm-3 dla roacuteży przy parametrach 190 kPa i 10 s

Wystąpiła też prawidłowość że jeśli ciśnienie oddziałujące na materiał było stałe to gęstość wzrastała tylko do charakterystycznego dla danej materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu obciążenia nie wpływało już istotnie na zagęszczanie (Hejft i Obidziński 2007)

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian ciśnienia w zakresie 70-190 kPa cechował się materiał kukurydzy ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2059 kgmiddotm-3 do 2665 kgmiddotm-3 (o 29) a najmniejszą materiał ślazowca (z 1626 kgmiddotm-3 do 1882 kgmiddotm-3 czyli o 16)

74

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian czasu obciążenia w zakresie 6-10 s cechował się materiał spartiny ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2237 kgmiddotm-3 do 2718 kgmiddotm-3 (o 21) a najmniejszą materiał roacuteży gdyż gęstość praktycznie nie zmieniała się i wynosiła około 3795 kgmiddotm-3 Zmiana gęstości końcowej zagęszczanego materiału ślazowca była roacutewnież w zakresie błędu pomiarowego i wynosiła około 1739 kgmiddotm-3

Dla miskanta olbrzymiego kukurydzy i ślazowca pensylwańskiego przy zagęszczaniu biomasy przez czas 6 s w pierwszej fazie nacisku tłoka oddziaływanie obciążenia było zbyt kroacutetkie i nie wystąpiła stabilizacja zagęszczania (rys 4a) Zjawisko takie miało miejsce zaroacutewno przy ciśnieniu 70 kPa jak i 190 kPa Dopiero przy 10 sekundowym zagęszczaniu we wszystkich trzech fazach następowała stabilizacja ale w pierwszej fazie nacisku tłoka czas tej stabilizacji był kroacutetszy niż przy kolejnych (rys 4b) Dla rdestowca topinambura oraz wierzby brak stabilizacji zagęszczania w pierwszej fazie obciążenia zaobserwowano tylko podczas kroacutetkotrwałego nacisku tłoka 6 s i przy największym ciśnieniu 190 kPa (rys 5) Dla zmielonego materiału roacuteży występowała kroacutetka stabilizacja już podczas pierwszej fazy nacisku (rys 6) W przypadku spartiny preriowej w żadnym przypadku nie następowała stabilizacja w pierwszej fazie a przy ciśnieniu 190 kPa i czasie obciążenia 6 s nawet w drugiej fazie nacisku tłoka nie osiągano stabilizacji zagęszczenia (rys 7)

Mimo że obciążenie biomasy tłokiem odbywało się przy stałym ciśnieniu utrzymywanym zaworem proporcjonalnym to w zakresie charakterystyki dynamicznej zaworu występował wzrost gęstości materiału Spowodowane było to relaksacją naprężeń między jego cząsteczkami Ta relaksacja naprężeń zwiększała się po cofnięciu tłoka po fazie zagęszczania i materiał nieznacznie się rozprężał W kolejnej fazie nacisku dochodziło do dalszego wzrostu zagęszczania materiału Znacznie większe roacuteżnice między gęstości materiału zachodziły przy większym ciśnieniu zagęszczania (190 kPa) niż przy mniejszym (70 kPa)

Dynamika zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślinnego była większa dla czasu zagęszczania 10 s niż dla 6 s i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wynosiła odpowiednio 223 i 172

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

75

Rysunek 4 Charakterystyka zagęszczania przy ciśnieniu 70 kPa dla a) kukurydzy w czasie 6 s b) miskanta w czasie 10 s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

Rysunek 5 Charakterystyka zagęszczania materiału rdestu w czasie 6 s a) przy ciśnieniu 70 kPa b) przy ciśnieniu 190 kPa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h m

m p

bar

h

p

h_1h_2h_3

Rysunek 6 Charakterystyka zagęszczania materiału roacuteży przy

ciśnieniu 70 kPa w czasie 6 s

Rysunek 7 Charakterystyka zagęszczania materiału spartiny

przy ciśnieniu 190 kPa w czasie 6 s

Największe zmiany w wartościach gęstości zmielonego materiału roślin wystąpiły w pierwszej fazie nacisku tłoka i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wskaźnik dynamiki zmian gęstości wynosił 146 a w zakresie zmian czasu zagęszczenia 6-10 s wynosił 161 Dla drugiej i trzeciej fazy zagęszczania wskaźnik dynamiki zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślin był podobny ale dla obu faz w zakresie zmian badanego ciśnienia cechował się większą progresją niż w zakresie zmian czasu zagęszczania i wynosił odpowiednio 222 i 24

Na podstawie wynikoacutew zamieszczonych w tabeli 1 można stwierdzić że najbardziej podatnym materiałem na zagęszczanie była spartina preriowa W odniesieniu do gęstości nasypowej przyrost gęstości końcowej zmielonego materiału spartiny preriowej wynosił 263 Był to jedyny materiał ktoacutery zachował progresję zmian gęstości aż do drugiej fazy zagęszczania co uzasadnia potrzebę wydłużania czasu obciążenia Zmielony materiał spartiny zawierał największy udział (47) cząstek najmniejszych poniżej 165 mm (Lisowski i in 2010) Tylko nieznacznie

76

mniejszą podatnością na zagęszczanie cechował się zmielony materiał ślazowca (240) Kolejno w rankingu podatności na zagęszczanie zajęły miejsca materiały miskanta (180) kukurydzy (150) wierzby (84) topinamburu (67) rdestowca (58) i roacuteży (43)

Zmielony materiał roacuteży miał największą gęstość nasypową (2645 kgmiddotm-3) gdyż średni wymiar cząstek wynosił 246 mm (Lisowski i in 2010) co umożliwiało łatwiejsze upakowanie cząstek w stanie zsypnym Dlatego też nie było zbyt wiele wolnych przestrzeni pozwalających na przesunięcie i zagęszczenie cząstek pod wpływem zewnętrznego obciążenia Roacuteża zawierała dużą ilość tkanek zdrewniałych z twardym rdzeniem ktoacuterego zgniecenie nie było możliwe pod wpływem nacisku o stosunkowo małym ciśnieniu 190 kPa

Materiał wierzby zawierał roacutewnież dużą ilość tkanek zdrewniałych ale wymiary cząstek były większe (313 mm) i ze względu że roślina była zbierana w cyklu jednorocznym to zawierała dużą ilość długich części włoacuteknistych (Lisowski i in 2010) Mieszanina zmielonego materiału wierzby była pod względem wymiaroacutew cząstek mniej jednorodna niż roacuteży Zawierała ona więcej wolnych przestrzeni i dlatego gęstość nasypowa była mniejsza niż dla roacuteży i wynosiła 1920 kgmiddotm-3 Pod wpływem poroacutewnywalnego obciążenia zmielony materiał wierzby zagęścił się do zbliżonej wartości (3543 kgmiddotm-3) jak roacuteży (3795 kgmiddotm-3) ale przyrost zagęszczenia był niemal dwukrotnie większy

PODSUMOWANIE

Na podstawie wynikoacutew badań można stwierdzić że charakterystyki zagęszczania zmielonego materiału z roślin energetycznych były zroacuteżnicowane dla rodzaju rośliny i statystycznie istotny wpływ na gęstość końcową biomasy miało zaroacutewno ciśnienie jak i czas zagęszczania Biomasa pochodząca z traw o małej gęstości nasypowej była bardziej podatna na zagęszczanie ale w celu ustabilizowania się zagęszczenia wymagała dłuższego czasu obciążenia

Zdrewniała biomasa roacuteży i wierzby ze względu na dominujący udział ścian komoacuterkowych zbudowanych z ligniny powiązanych celulozą i hemicelulozą cechowała się dużą twardością i mniejszą plastycznością dlatego też przyrost gęstości końcowej zagęszczonego materiału był najmniejszy w stosunku do gęstości nasypowej

Potwierdzono że przy stałym ciśnieniu działającym na biomasę gęstość wzrasta tylko do charakterystycznego dla każdego materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu nie wpływa już istotnie na zagęszczanie

Zmielony materiał roacuteży i wierzby może być zagęszczany przez 10 s ale dążąc do zwiększenia gęstości końcowej biomasy wskazane byłoby zastosowanie ciśnienia co najmniej 190 kPa

77

Zmielony materiał spartiny o najmniejszej gęstości nasypowej powinien być zagęszczany przez co najmniej 30 s Biomasa tego rodzaju jest najbardziej wrażliwa na wydłużenie czasu obciążenia

Zmielony materiał z pozostałych roślin (miskant topinambur ślazowiec rdestowiec kukurydza) może być zagęszczany przez 20 s gdyż dalsze wydłużenie czasu wywierana nacisku nie zmienia w sposoacuteb istotny gęstości końcowej biomasy

Największe zmiany gęstości biomasy uzyskano w kolejności dla spartiny preriowej (263) ślazowca pensylwańskiego (240) miskanta olbrzymiego (180) kukurydzy (150) wierzby wiciowej (84) słonecznika bulwiastego (67) rdestowca sachalińskiego (58) i roacuteży wielokwiatowej (43)

LITERATURA

1 ASAE Standards 2003Method of determining and expressing

participle size of chopped forage materials by screening ASAE S4241

In ASAE Standards 2003 American Society of Agricultural Engineers

St Joseph Michigan 2 February 03 s 595

2 HEJFT R 2002 Ciśnieniowa aglomeracja materiałoacutew roślinnych

Politechnika Białostocka Białystok 2002 ss 257 ISBN 83-7204-251-

9

3 HEJFT R OBIDZIŃSKI S 2007 Produkcja granulatu i brykietoacutew

w aspekcie cech jakościowych (Production of pellets and briquettes in

aspects of quality characteristics) Czysta Energia 2007 6 (56) ISSN

1643-126X PNndashEN 13183ndash1Wilgotność sztuki tarcicy Część 1

Oznaczenie wilgotności metodą suszarkowondashwagową

4 SKONECKI S 2004 Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania

materiałoacutew roślinnych Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej

w Lublinie 2004 ss 89 ISSN 0860-4355

78

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of automatic and robotic systems by academician (Ukraine)

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production

ABSTRACT

The synthesis of digital controllers operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system of biogas installation is considered The comparative characteristics of automatic control systems based on PID-controller and fuzzy controller are outlined

INTRODUCTION

Currently much attention is paid to the development and use of alternative energy sources One of the ways of supplement and partial replacement of traditional fuel kinds in rural areas is biogas use Biogas is a gas that is released during decomposition of organic substances Unlike natural gas it can be obtained in industrial conditions by fermentation of organic waste and specially grown energy crops Biogas consists of 50-70 of methane (CH4) and 50-30 of carbon dioxide (CO2)

Being close to natural gas characteristics biogas can be used for the same purpose (production of electricity heat as automobile fuel etc) and with proper clearance is identical to his staff The actuality of this research makes the following a reduction of technological environmental

alternative energy supply of cattle farms production of the high quality

organic fertilizers organic waste recycling germinating ability reduction of weed seeds organic waste processing etc

The analysis of recent research shows that in spite of the large number of publications concerning the creation and use of biogas facilities [1-3] nowadays the adaptive systems of temperature control in facilities for biogas production are not fully developed Due to the growing relevance of research topic the aim is to consider the issues of digital controller operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system in biogas facilities

THE RESEARCH OBJECTIVES

The main task of designers during the creation of biogas installation control system is to maintain a constant temperature throughout the bioreactor capacity Depending on the substrate temperature methanogenic bacterias

79

are psihofilic that can live at a temperatures between +5 deg C to +20 deg C mesophilic living at temperatures from +30 deg C to +42 deg C thermophilic living at temperatures from +54 deg C to +56 deg C Methanogenic bacteria breed very slowly and do not stand sudden temperature changes Any sudden changes in temperature adversely affect the fermentation process Each mode of fermentation is tolerable to the temperature fluctuation between plusmn 3 degC Metabolic activity of the anaerobic bacteria is directly dependent on environmental temperature According to recent research while increasing the temperature and gas output decomposition of organic matter increases too When the temperature decreases to 15 degC the fermentation process stops completely [3-5] The prompt temperature decline in bioreactor occurs during loading a new substrate especially in wintertime It causes the need for adaptive temperature management system within bioreactor depending on the temperature of the substrate that is loaded

To develop an adaptive control system for bioreactor temperature the following tasks should be solved

to analyze and identify characteristics of the control object

to develop a mathematical model of adaptive systems with fuzzy regulator in facilities for biogas production

1 ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE CONTROL OBJECT

Technical options for realization biomass methanogenesis quite a lot from constructively simple not professionally manufactured units and ending with technologically perfect long-term continuous facilities using advanced and automated systems

Scheme of a typical industrial installation for the production and use of biogas irrespective of the method of fermentation involves the following technical equipment

tanks and equipment for the collection and preparation of raw materials

fermentation chamber with heating devices

tanks for biogas and gas installations with equipment for cleaning and counting the number of produced gas

containers for disposal and storage of masses perebrodyla

80

Fig 1 Schemebiogas plantwithcomposting

1 ndash farm 2 ndash pipeline from farm 3 ndash the previous tank 4 ndashfeeding the pipeline 5 ndashtank processed biomass 6 ndashdrain pipe 7 ndash camera for

fermentation 8 ndashswitch flame 9 ndashdesulfator 10 ndash dehidrator 11 ndashgas meter 12 ndashtop weight of showers 13 ndashfeeding pipeline 14 ndashpipeline for gas 15 ndashwater boiler 16 ndash fuse 17 ndashswitch flame 18 ndashgas tank 19 ndash

heater 20ndashpipelinesfor mixing 21 ndashcamera for manure 22 ndashcompost area 23 ndashfan 24 ndashtractor with loader + manure spreader

The optimal temperature for mesophilic fermentation of biomass is about 35 deg C This temperature impossible to receive even in summer so all biogas units typically have a heating device The most commonly used water heaters and sometimes - heat exchangers The cost of heat for keeping the fermentation process depends on the effectiveness of methane fermentation and as constructional solution tank for fermentation (thermal insulation) For heating water instead of biogas produced electrical energy is sometimes used getting it from the mains or from wind powerIn this biogas reactor using internal exchangers (in the form of cylinders or spirals placed in the center of the camera fermentatsiynoho tank) and regardless of the type exchanger the temperature of water flowing in them should not exceed 80 deg C which retains the biological process of fermentation

Biomass temperature in the investigated bioreactor regulating by changing the amount of hot water heaters in a heat exchangerIn this case the bioreactor as an object of temperature control as a regulatory body will have a crane in the main hot water from water heating boiler with radiators Constant temperature hot water provided by SAP water heating boiler valve opening leads to an increase in traffic through the hot water heater

81

and increase the amount of heat is supplied to the bioreactor and vice versa Governing action is formed by a temperature in the form of rotation

flaps to an angle valve φкр

Themaindisturbingactionsontheobjectofregulation causingthetemperaturechangeofbiomassin a reactorat a constantvalueofmanagingtheimpactφкр = constistheatmosphericconditions(temperature humidity etc)

Manageablesizeof theobjectisthe temperatureinside

thebiomassbioreatoruТв

Thusstructuraland functionalcircuitsbioreactoras an object ofregulationwill

look like

Fig2 Structural-functionaldiagram ofbioreactor

Forobjectmanagementin a systemof automatic controlbioreakorombiogas

plantcanuseanalog ordigitalPI-regulators Studyofthese-

regulatorsshowsthatthe transition in

thesystemareverylargereregulation(50) and largetimeadjustment(100 c) [5] Thereforethe implementationis more

suitablemesophilicfermentationregimeusingfuzzycontrollers

2 MODELING FUNCTION THE ADAPTIVE SYSTEM WITH FUZZY CONTROLLER INTO THE PLANT FOR BIOGAS

Functional diagram of the adaptive management system based on fuzzy logic is shown in Fig 3

The scheme consists of a comparator a fuzzy controller FC facility management and CO feedback

Fuzzy-controlerconsists three main parts - fuzzyficatio block the formation of logical decision inferenceand the block where defuzzyfication

BIOREACTOR

F

φкр Tв

82

Fig 3 Functionaldiagramofthe adaptivemanagement

Fuzzy controller FC practicallyimplementedon

a microcomputer(ormicroprocessor) and runsin a discrete mode because automatic control systemwithfuzzycontrollercontainsmicrocomputerdevicewiththe

objectmanagement- analog-digital converterADCanddigital-

analogconverterDAC(see Fig 4 whichshows a block diagram ofcontrol

systemwithfuzzycontrol)

ADCdivides thecontinuous failure )()()( txtut of thedivisionstepIAsthe

first andsecondderivativesof theerrorsare usuallycalculatedfirst

andseconddifferenceinformulas

hkkk )]1()([)(

2)]2()1(2)([)]1()([)( hkkkhkkk -

quantizederrorat the inputADC DACwas

theusuallyzeroorderreleaseof thetransfer function sesH hs )1()(

Fig 4 Blockdiagramofadaptivecontrolwithfuzzy controller FC

Let us note some features of fuzzy controller FC operates in discrete mode so every step of the quantization hit must take the necessary deductions FC handles all input variables so it can provide

u(t)

FC Comparator

Fuzzy controller

Box of defuzzy-fication

Box of fuzzy-ficatio

CO x(t)

u(t)

G0(s)

x(t) FC

H(s)

Estimat

e

Retainer DAC

Control

Object

θ(t)

h

θ(k) m(k) m(t)

(k)

(k)

83

additional variables that characterize the processes in facility management and thus provide a wider effect on the dynamics of control FC system usually stand in the ratio of modified object management due to the nature of fuzzy rules of operation Traditional methods describe the regulators for example using transmission functions for FC are not appropriate and not necessary FC is nonlinear and its feature is the lack of dynamics in the FC Lack of memory and the procedure for designing and describing management process characterized by linguistic rules are the main features of FR

Fuzzy controllers are implemented in practice usually in the form of high-level software such as ldquoPassalrdquo which provides greater flexibility in their setup [6] The simulation results and test management system that includes fuzzy closed-loop controller may change the quantity ranges of linguistic variables membership function and modify the base rules in order to attract the expected result control

Fuzzycontrollersareof interestprimarilytomanageobjectsthat are

eithernotexposedorexposed toformalized descriptionandwith great difficulty but evenapplytodomainobjects forwhichmathematical modelsare obtained theseregulatorsare oftendominated byotherssothatallow

forbetterquality(fewer errorsin thetransitionandsetmodes) automatic

control systems

Forease ofsolution of the problemof synthesisof fuzzycontrollerwould

bethatthe numberof termsby which theestimatedlinguisticparameters (input andoutputparameters offuzzycontroller) the errorsystem speed

ofmeasurements(first derivative) of error acceleration(second

derivative) of error managementactsonan objectmminimum etc is 2

Reflectedranges ][ maxmin ][ maxmin ][ maxmin і ][ maxmin mm - changes

ininputandoutputparameters of a singleuniversalset Conversion of

a fixedvalue ][ віHii xxx eachlinguisticvariable 4nn1ixi appropriate

element u [01] determinedthe

expression )()( НівіНіii xxxxu bywhichwe find

)()(

)()(

)()(

minmaxmin3

minmaxmin2

minmaxmin1

u

u

u

(21)

)()( minmaxmin mmmmuc (22)

84

On thesetU = [01]Set thetwofuzzysubsets membership function(MF) arein a triangularshapeshownin Fig 5

ForanalyticalexpressionsproposeduseMF equationline

passingthroughpointswithcoordinates )u(і)u( 2211 whichareas

follows

)(])[()( 12122112 uuuuuu (23)

Then according toFig 5 we obtainthe followingMF foreachlinguisticvalue

]10[)(]10[1)( 21 uuuuuu (24)

Fig 5 Membership function

WhenfastingvirginsonFuzzy controller (FC) values ofinput

variables і intoquantizationstephcalculationvalues

321 іuuu

bythe formulas(21) andMF

21)( juj

the formulas(24)

Form thelinguisticcontrolrule(working normally) fuzzy controller in the form

If )(1

ja і )(2

ja і )(3

ja то )(

j

cam 21j (25)

wherejj

aa21

andj

a3-linguisticsketcheserrorrateof change(first derivative)

error ofthe second derivativeof errorare considered

85

asfuzzysetsdefinedonuniversalset 21 j j

ca -the linguisticevaluation

ofmanagementactionson theobjectarechosenfromthe set ofvariable-term т

Linguisticevaluationof thechosentermsetsandlinguisticvariables and

m

ijm negative(1) positive(2)

In otherwordsall ofthe signals(as defined above linguisticvariables) in

theautomatic control systemis

characterizedasnegative( 1j )orpositive( 2j )

Let )( i

j x the membership function parameter ][ віHii xxx fuzzy terms

2131 jiа j

i And )( оь

that depends on three variables

)( 321 xxx membership function parameters of the vector

solution (control action on the selected object) 21 jm jis determined

from the system of fuzzy logic equations

)()^()^()( 321321 xxxxxx jjjjm

(26)

Thus )( 321

1

xxxm

-membership functionoffuzzycontrolnegative

)( 321

2

xxxm

-the managementof themembership functionof fuzzy

setspositive The resultingfunctions for thecontrol actionin

accordancewith theworkingruleFR is recorded as

)()()( 321321321

21

xxxvxxxxxxmmm

(27)

Inexpressions(36) and (37) ^-logicaland v - logicalor

Dependingonlinguisticrulesupravlennya formalizedsystems

offuzzysets(26) membership functionof the control action

)(1 uс fuzzysetnegative valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

1

2

1

1

1 uuuA (28)

membership function and managing the impactof )(2 uс fuzzy setspositive

valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

2

2

2

1

2 uuuB (29)

The resultingfunctions for thecontrol actionon thebasis ofexpression(37) is defined as

86

)()()( 21 uvuu ccс (210)

that isgettingthe formation maximum(solidlineinFig 5)

)]()(max[)( 21 uuu ccс (211)

Todeterminethe specific valueof the control actionis formed the resulting figure the resultinglimitedMF

We searchabscissacenter of gravity resultingfigurebythe formula[10]

N

k

kkkk

kkkk

N

k

kkkk

c

bbaa

baabaaaa

u

1

11

11

1

11

))((

])2()2)[((

(212)

where N - number of vertices ka kb - vertex coordinates transforming

shapes

Getting the value 1

cu based on formula (22) becomes the value of the

control action on the object management

cummmm )( minmaxmin (213)

CONCLUSION

Thus theoretically the possibility of improving the temperature control in the

bioreactor biogas plant based on fuzzy controller The mathematical model of temperature processes to increase productivity of biogas reactors with recycling of organic waste in the bioreactor based on the theory of fuzzy logic and linguistic variables Using this methodology takes into account the impact of qualitative and quantitative factors in the process of thermal stabilization of anaerobic processes Found that by the introduction of biogas plant biogas fuzzy controller to rise by over 10

REFERENCES

1 ГелетухаГГ МарценюкЗА

ЭнергетическийпотенциалбиомассывУкраине

Промышленнаятеплотехника minus 1998 minus 4 minus

С 52ndash55

2 СоуферС ЗаборскиО Биомассакакисточникэнергии Пер зангл

М Мир 1985 ndash 368 с

87

3 МовсесовГ Е

Биогазовыеустановкидляпереработкиорганическихотходовфермер

скиххозяйств Сотрудничестводлярешенияпроблемотходов

Материалы IV Международной конференции ndash Х ЭкоИнформ

2007 ndash С 176 ndash 179

4 Сербін ВА Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в

системах ТГВ Навч посібник ndash Макіївка ДонДАБА 2003 ndash 153 с

5 Гостьев ВИ Система регулирования температуры теплоносителя

на выходе смесителя нечеткими регуляторами

Радиоэлектроника Информатика Управление- 2005-2 ndash

С26-29

6 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

7 Панцхава ЕС Кошкин НЛ Биоэнергетические установки по

конверсии органических отходов в топливо и органические

удобрения Теплоэнергетика ndash 1993 ndash 4 ndash С 20ndash23

8 Ратушняк ГС Джеджула ВВ Підвищення продуктивності

біогазового реактора управлінням параметрами

вільноконвективнихпроцесів теплообміну Вісник Хмельницького

національного університету ndash 2006 ndash 2 ndash С 29ndash32

9 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

10 Гостьев ВИ Нечеткие регуляторы в системах автоматического

управления-К laquoРадиоаматорraquo 2008 - 972с

11 Fand RU Kaye J Acoustic streaming near a heated cylinder The

journal of the acoustical society of America ndash 1966 ndash Vol 32 5 ndash Р

579ndash 584

88

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł

Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym

WSTĘP

Rozpatrując specyfikę polskiego rolnictwa z dużą liczba właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych mamy do czynienia z dużą grupą użytkownikoacutew ciągnikoacutew rolniczych i pojazdoacutew napędzanych silnikami wysokoprężnymi często o niezbyt zaawansowanych rozwiązaniach technicznych Wielu z nich może zajmować się uprawą rzepaku na swoich polach a uzyskane w ten sposoacuteb nasiona można przetransportować do znajdującej się niedaleko tłoczni i otrzymać olej rzepakowy w zamian za dostarczony plon Taka grupa rolnikoacutew może zrzeszyć się w grupę producencką ktoacutera wykorzystywałaby naturalny olej rzepakowy w mieszaninie z olejem napędowym do zasilania własnych silnikoacutew wysokoprężnych omijając w ten sposoacuteb konieczność stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych silnikoacutew [Bocheński 2003] Stosując takie rozwiązanie rolnicy mogliby liczyć na obniżone koszty eksploatacji Do tego dochodzi ważny element a mianowicie zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez stosowanie bezpieczniejszego paliwa oraz ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie czy spalanie czystego oleju rzepakowego w poroacutewnaniu z olejem napędowym wykaże roacuteżnice w wytwarzaniu energii cieplnej przez silnik W pracy została zastosowana metoda nieinwazyjna pomiaru temperatury powierzchni przy użyciu kamery termowizyjnej VIGOcam V50 Wykonując pomiary termograficzne należy zwroacutecić uwagę na parametry materiałoacutew ktoacuterych zbudowany jest obiekt (emisyjność) oraz parametry otoczenia (temperaturę wilgotność) [Minkina 2004]

CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem samochodu osobowego marki Ford Fiesta 18 D wyposażonego w dodatkową instalację do zasilania silnika czystym olejem rzepakowym Przykładowy schemat układu adaptującego standardowy układ zasilania dla potrzeb zasilania silnika czystym olejem rzepakowym przedstawia Rysunek 1

89

Rysunek1 Przykładowy schemat układu zasilania dwupaliwowego

METODYKA BADAŃ

W ramach badań przeprowadzono dwie proacuteby określenia rozkładu temperatury zewnętrznej silnika wysokoprężnego zasilanego olejem napędowym oraz czystym olejem rzepakowym

pierwsza proacuteba była wykonana w ustalonych warunkach pracy silnika (silnik osiągnął wymaganą temperaturę pracy) i przy zmianach w rodzaju paliwa zasilającego silnik zmiany paliwa zasilającego układ wtryskowy były dokonywane w pewnych odstępach czasu w celu uzyskania pomiaroacutew na paliwie jednorodnym (czas ten był potrzebny do oproacuteżnienia pompy wtryskowej z pozostałości poprzedniego paliwa) fotografie pracującego silnika były wykonywane przez kamerę w odstępach czasowych 5 sekund

druga proacuteba polegała na pomiarze zmian temperatury zewnętrznej silnika od momentu rozruchu (zimny start) do osiągnięcia optymalnej temperatury pracy przez silnik na wybranym rodzaju paliwa zasilającego a w końcowej fazie trwania proacuteby następowała zmiana paliwa zasilającego przy tej proacutebie wykonano dwa pomiary pierwszy pomiar przy zasilaniu układu wtryskowego olejem napędowym a drugi

ndash przy zasilaniu czystym olejem rzepakowym zdjęcia pracującego silnika były wykonywane przez kameręw odstępach czasowych 5 sekund

90

Rysunek 2 Widok stanowiska na ktoacuterym wykonano pomiary rozkładu temperatury silnika

WYNIKI BADAŃ

Rysunek 3 Przykładowy termogram silnika z przeprowadzonych badań

91

Powyższy rysunek przedstawia obraz termograficzny pochodzący z kamery VIGOcam V50 Kolory jaskrawe (żoacutełty i pomarańczowy) odzwierciedlają temperatury wysokie na powierzchni bloku silnika i oscylują w przedziale 70-90 degC a roacuteżnym odcieniom fioletowego odpowiadają temperatury w granicach 30-50 degC

Rysunek 4 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem rzepakowym (dla całego obszaru silnika)

Rysunek 5 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem napędowym (dla obszaru wtryskiwacza)

WNIOSKI

1 Pomiar temperatury zewnętrznej powierzchni w skład ktoacuterej wchodzą elementy z roacuteżnych materiałoacutew za pomocą kamery termograficznej jest trudny do realizacji z powodu roacuteżnej emisyjności materiałoacutew z ktoacuterych wytworzony jest dany obiekt Roacuteżna emisyjność powierzchni

92

materiałoacutew jest głoacutewną przyczyną błędoacutew pomiarowych ktoacutere mogą wynieść nawet 30-40

2 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że temperatura maksymalna i średnia dla całego obszaru bloku silnika przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym była średnio wyższa o 3-5degC w poroacutewnaniu do pracy silnika na oleju napędowym

3 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że czas potrzebny do osiągnięcia przez silnik optymalnej temperatury pracy był kroacutetszy o około dwie minuty przy zasilaniu go olejem rzepakowym w poroacutewnaniu z olejem napędowym

LITERATURA

1 Bocheński CI Biodiesel - paliwo rolnicze Wyd SGGW Warszawa

2003

2 Lotko W Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami

węglowodorowymi i roślinnymi WNT Warszawa 1997

3 Minkina W Pomiary termowizyjne - przyrządy i metody Wydawnictwo

Politechniki Częstochowskiej Częstochowa 2004

4 Szlachta Z Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami rzepakowymi

WKIŁ Warszawa 2002

93

94

Evrenosoğlu Mehmet

Ege University Department of Agricultural Machinery Izmir (Turkey)

Mathematical modelling in silage mechanization

ABSTRACT

A mathematical model can be described as a system using mathematical language The process of developing a mathematical model is mathematical modelling Mathematical models are used not only in the natural sciences and engineering disciplines but also in social sciences physicists engineers economists statisticians operation research analysts use mathematical models most extensively Mathematical models can take many forms including but not limited to dynamical systems statistical models differential equations or game theoretic models A mathematical model usually describes a system by a set of variables and a set of equations that establish relationships between the variables In the field of agriculture many variables are non-linear and much harder to predict than any other fields This persuaded mathematical modelling to enter in to the fields of agriculture even faster In the present day almost all fields and parts of agricultural processes are modelled and simulated in order to understand and to decrease most of the efforts needed

In this study different models for forage mechanization is being studied and created simulations from these studies are used to investigate the conditions in Turkish forage harvestry systems In Turkey the capacity of the harvesting and trasporting are reasonably lower than EU because of the divided parcels and small areas This requires to develop adjusted simulations for Turkish agricultural silage mechanization

INTRODUCTION

Harvesting machinery for forage mechanization are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example TurkeyAegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole plant corn silage are approximately 34euroda (Provincial directorate of agriculture 2010) Values with rates per hour are more unstable due to large variety of machinery capacities Of the corn silage value approximately 10-20 is typically due to harvest and storage machinery cost Although the values are different for haycrop silage the percentage is similar Minimizing harvest cost depends on selecting the proper sizing and matching of equipment

Aegean and Marmara Regions in Turkey are the most dense regions for silage mechanization because of their climate suitable for silage The size of the lands for silage in those regions are significantly smaller comparing

95

to EU and USA and also divided This two situation (being small and divided) are obstacles for improved mechanized silage production Therefore there is huge variety of production techniques not only because of divided lands but also farmers having old habits and experiences from the past In order to develop a reasonable strategy for silage mechanization in those regions producers need benchmarks for the production chains In that point models and cycle analysis can help farmers to develop a strategy for minimizing cost of productions between the silage production chain However there are no significant studies about that problem and no reasonable mathematical models for silage productions have been formed since present days

MATERIALS AND METHODS

The objective of this study is to research the literature of existing models for silage mechanization and either adapting them or creating new models for Turkish agricultural conditions The existing literature has a chronology development paralel to the development of the silage mechanizationn First models that are created focus on the simple processes like pressing in silos different silo dimensions different knife forms and cutting techniques According to that chronology four main models that are chosen from many studies investigated These studies are

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

b) Equipment Matching For Silage Harvest

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

Attaining a high density in a silo is important for two primary reasons Firstly and most importantly density and dry matter content determine the porosity of the silage Porosity in turn sets the rate at which air moves into the silo and subsequently the amount of spoilage which occurs during storage and feedout Ruppel (1992) measured dry matter loss for alfaalfa silage and developed an equation to relate the loss to density Secondly the higher the density the greater the capacity of the silo Thus higher densities generally reduce the annual cost of storage per ton of crop by both increasing the amount of crop entering the silo and reducing crop losses during storage The factors affecting density in bunker and pile silos are not well understood General recommendations have been to spread the crop in 15 cm layers and pack continiously with heavy single-wheeled tractors In a survey of alfaalfa silage in 25 bunker silos Ruppel et al (1995) found tractor weight and packing time (mint) were the most important factors affecting density However both factors only explained a small fraction of

96

the variation observed and layer thickness was not measured The objectives in that study were to measure density in a wider range of bunker silos and correlate those densities with filling practices

In the study measured densities in over 160 bunker silos containing etiher corn or haycop (largely alfaalfa) silage Density was measured with a 5 cm diameter corer (Holmes 1996) taking cores at approximately chest height at four locations across the silage face Core depth distance from the top and distance from the floor were recorded Cores and a grab sample were researched to determine weight dry matter content and particle size distribution A survey was completed for each silo sampled Information from farmers included number of packing tractors tractor weight number of tires per tractor tire pressure tire condition number of drive wheels silage delivery rate packing time per day harvest time per day filling time filling technique silo dimensions maximum silage height crop crop maturity and theoretical lenght of cut These factors were than correlated with measured dry matter densities The range of densities and dry matter contents observed in haycrop and corn silages are shown in table 1 Ranges of dry matter densities were similar for both haycrop and corn silages Densities on the low end suggested little packing whereas the highest densities were in the range observed in tower silos Average dry matter densities were slightly higher than a recommended minimum density of 224 kgm3

Table 1 Summary of core samples collected from 168 bunker silos

Charasteristic Haycrop silage (87 Silo) Corn silage (81 Silo)

Average Range SD Average Range SD

Dry matter () 42 24-67 95 34 25-46 48

Wet density (kgm

3)

593 208-977 109 689 368-961 83

Dry matter (kgm

3)

237 105-434 38 232 125-378 29

Average particle size

(cm) 11 068-31 015 1 071-17 008

SD Standard deviation

The linear regression which explains 18 of the variation of estimated dry matter density (DMD) is expressed as

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3

where average depth (D) and packing factor are calculated as

D = average silage depth (m) = (height at wall + height at center) divide 2

97

CDMNL

WPF

W Proportioned average tractor weight (kg) for all tractors packing silage

Example Two tractor pack 100 of the filling time tractor 1 weighs 114 tons and tractor 2 weighs 68 tons Then the proportioned average tractor weight is (114+68)divide2=91 tons If tractor 1 packs 90 of filling time and tractor 2 is used 50 of the time then proportioned average tractor weight becomes (114x09+68x05)x[90divide(90+50)]=874 tons

L Layer thickness (m) of the spread but unpacked crop in the silo prior tp driving over it during the first packing pass

N Number of tractor-packing equivalents where N=1 when one tractor is packing continuously during the filling process This value can be fractional reflecting one or more tractor packing intermittently

Example If one tractor packs continiuosly during the silo filling process and another packs 50 of the filling time N=1+05=15 If there is only one packing tractor and it packs for 11 hday and the silo is filled 10 hday then N=1110=11

C Crop delivery rate (thr) to the silo

Using this equations for a bunker silo filling in Turkish farm land conditions had shown that importance on density is not given yet The values are taken from a dairy farm which is located in Aegean Region (Oumldemis) of Turkey The farm had a bunker silo which was 122 m wide had 32 m sidewalls and had material packed to a maximum depth of 43 m at the center The 35 of dry matter content silage was delivered to the silo at the rate of 90 th One packing tractor (65 tons) distributed silage with a blade to a depth of 03 m per layer and packed continiuosly when not pushing up silage A second tractor (5 tons) packed continiuosly Assuming a triangular shaped cross section above the walls the average silage depth was D=(3+43)divide2=365 m The average packing tractor weight was W = (65+5) divide2=575 tons The packing layer thickness was L = 03 m crop delivery rate was C=90 th and dry matter content was DM=035

Using these values the packing factor can be calculated as

CDMNL

WPF

=903502

30

755

=168

The expected dry matter density is

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3 =1536 kgDMm3

Being less than 224 kgDMm3 a change in packing procedure would be beneficial A procedure was developed for estimating the density of a bunker based silage packing in this study Silage of high density experiences less dry matter loss than does that of lower density If the extra

98

efforts for saving silage are more than the cost of the achieving the savings then it is economically viable to implement the changes needed to achieve the savings

b) Equipment Matching for Silage Harvest

Harvesting machinery and associated costs are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example Turkeyrsquos Aegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole-plant corn silage are approximately 280euroha (Aegean Region Provincial Diretorate of Agriculture 2010) rates per hour depend largely on machinery capacities With a typical corn silage yield of 50 tha machinery cost to harvest transport and store silage away are approximately 8euroton Selection and sizing of equipment is important to minimize harvest cost In forage harvesting systems there are significant equipment interactions as the crop moves from the field to the silo The harvester needs to interact with the transport units to align and either unload or switch trailers

Four different factors can limit the capacity of a machine depending on the field conditions and the operation These factors are power throughput capacity speed and traction In systems where machines must interact (such as harvest transport and unloading) the capacity of some machines can be limited by others this may necessiate ilde time for some machineslogistics at the unloading site are critical to system performance If forage can not be packed blown or bagged fast enough the storage site can become the bottleneck of the overall harvest system The blower and bagger capacity values are reasonably consistent with silo filling rates observed on 23 dairy farms the visited farms included 22 tower silos 23 bunker silos and 8 bags

For purposes of illustrating impact of transport system on harvester utilization and system capacity a 350 HP self-propelled forage harvester harvesting either haycrop or whole-plant corn silage was considered with different truck sizes For these simulations round trip trasport distance was 97 km and unloader capacity was non-limiting at (120tDMh) Alignment time of the transport units with harvester and unloader were set realistically at 1 min each and average transport speeds were 40 kmh With the small trucks use of a dump cart was compared to direct chopping into the trucks Harvester utilization (time harvested divided by total time) can not reach 100 due to alignment and interaction time with transport units Values near 100 are more desirable resulting in higher system capacity and lower harvest cost Because of power requirement capacity is lower in haycrops than whole-plant corn and the appriate number of transport units is lower The appropriate number and size of trucks required to keep a harvester maximally utilized depends on several factors including transport distance transport speed unloading rate and harvester power The impact of a reduction in number of transport units is illustrated in table 2 several comparisons can be made using the table4 to illustrate that

99

harvester utilization (hence production cost) is very sensitive to size and number of transport units in some situations

Table 2 Effect of number of trasport units on harvester utilization and system capacity with a 350 HP harvester 10 km round trip transport

distance and 40 kmh transport speed in wole-plant corn

Transport unit Harvest Method

Transport unit

capacity (tDM)

Number of

transport units

Utilization of harvester

(h harvestingh)

System capacity

(th)

Small Truck Dump cart 2 4 064 268

Small Truck Direct to truck 2 5 071 296

Medium Truck Direct to truck 35 4 083 348

Large Truck Direct to truck 5 3 083 345

Small Truck Dump cart 2 3 048 201

Small Truck Direct to truck 2 4 057 237

Medium Truck Direct to truck 35 3 065 272

Large Truck Direct to truck 5 2 055 230

The term of power times distance divided by transport unit capacity and speed was used to establish the functional form on an empirical model (R2=0997) for number of transport units required to keep a harvester maximally utilized The empirical model is

dhkmttDMtkmtkWcreqt ISVDPHCN 06107460440

Ntreq Number of transport units required to keep the harvester as busy as possible

Cc Crop coefficient (16 for whole-plant corn 10 for haycrops)

PH Power of the harvester kW

Dt Round trip transport distance km

Vt Capacity of each transport unit tDM

St Average speed of transport uni kmh

Id Indicator for direct chopping into transport units (1 if material was chopped directly in to transport = if a dump cart was used)

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

After the transport models were developed It became usefull combining models with cycle analysis Together it became much easier to investigate systems and finding out their bottleneck points The principles and developmental steps regarding the use of cycle diagrams were outlined by

100

Hunt (1986) To manually draw a cycle diagram and perform an analysis the developmental steps are

Sketch the cycle to show the proper machine relationships

Mark the support times between individual machine cycles with a zigzag line Mark both machine loops at their points of interaction

Sum the cycle times required for each machine loop and select the largest to be the system cycle time

Add idle times to the other machine loops to bring their total times up to the total system time Identify this on the diagram with circles

Field efficiency can now be estimated more accurately when the machine in question is a part of the system

Outputs from a cycle analysis include system capacity labor efficiency and utilization rates for each machine Here is an example of an Turkish dairy farmrsquos corn silage process cycle (Figure 1)

Figure 1 Example of a corn silage process cycle diagram and output values

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

Cycle diagrams are relatively simple tools which can provide insight concerning the impact of equipment and operational changes on dynamic agricultural systems with interacting components or machinescycle analysis of machine systems that include harvest transport and unloading sub-systems requires machine capacity operational data and parameter input for each machine and operation Outputs include cycle time system capacity and idle time for each machine Efficiency measures of harvester transporter unloader and labor utilization can be computed Selection of machinery sets for agricultural field work has been accomplished with modeling and optimisation approaches Selecting machinery used in simultaneous operations requies consideration of the cycle for each machine With one cycle representing a ldquoroundrdquo by all transport units the volume per cycle is computed as

ttc NVV

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

101

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

Nt Number of transport units

Harvest The productive portion of a harvesterrsquos cycle consists of harvest time and interaction time with the transporter The primary contributor to the harvesterrsquos cycle time is the time to harvest the material per cycle

maxmax fmch ECVT

hthttht TRVIT 1

tththh NTTCT

Transport Productive transport time is spent interacting with the harvester or unloader or in transit Interaction time with the unloader is a combination of alignment and working time

umtatutu CVTT

ttt SDT

maxmax ffmhthht ECVVT

hhtthtttut TTTTCT

Unload Productive unloading time is spent with the transporter(s) The cycle time of the unloader is

tutu TNCT

System The system cycle time is the maximum of the cycle times of system components time required to align the harvester and transporter is assigned to the less busy of harvester and transporter Cycle time and idle time are therefore computed as

ahtthahtt TNCTTCT

Th Time for harvest (hcycle)

Thtt Time for harvesterTransporter interaction for material transfer (htransportercycle)

CTh Cycle time for for the harvester without idle or alignment time (hcycle)

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

Cmmax Theoretical maximum material capacity of the harvester (harvest unitsh)

Efmax Maximum field efficiency of the harvester

Iht Indicator variable for simultaneous harvest and transfer (1yes0no)

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

TRh Transfer rate of storage volume on the harvester (harvest unitsh)

Nt Number of transport units

Ttu Time for interaction between transporter and unloader (htransportercycle)

Ttua Time for alignment of transporter and unloader (htransportercycle)

Cmu Material capacity of the unloader (harvest unitsh)

Tt Travel time (h)

Dt Average distance of travel (km)

St Average speed of travel (kmh)

Thth Time for harvester and transporter interaction due to harvest (htransportercycle)

CTt Cycle time for the transport unit(s) (hcycle)

CTu Cycle time for the unloader (hcycle)

CT Cycle time for the system (hcycle)

Tih Idle time for the harvester (hcycle)

Tit Idle time for the transporter(s) (htransportercycle)

102

utahtth CTCTTNCTCT max

ahtthhi TNCTCTT

tti CTCTT

uahtth CTTCTCTCT max

hhi CTCTT

ahttti TCTCTT

uui CTCTT

uiutithii TLTNTL

Utilization (time use efficiency) of each unit is computed from theoretical capacities or minimal component cycle times and actual system cycle time

CTECVU ffmch maxmax

CTTU tta

CTTCTU ttitb

CTCVU umcu

CTLLU i 11

ut LNL 1

maxmax mfhasys CEUC

CTVC cbsys

max masysactf CCE

Cycle analysis of harvesttransportunload systems involves straightforward computations Althought they are tedious computurizing the analysis in a spredsheet allows improvet understanding of the interrelationships and more rapid evaluation of alternative solutions

CONCLUSIONS

In the first part of the study models and simulations are studied and some of them are reorganized for Turkish agricultural systems Especially problems in the bunker loading site are significant in Turkey There has been no detailed study about the process chain of silage mechanization and there are no specific data for related conditions In the second part of the study these models and simulations will be used to create a database for silage process This database will be used to compare the current situation and routine working systems for preparing silage from forage

Tiu Idle time for the unloader (hcycle)

Li Idle time for labor (hcycle)

Lu Number of laborers at the unloader

Uh Harvest (h)

Uta Utilization of transporter (h travelhtransporter)

Utb Utilization of transporter (h busyhtransporter)

Uu Utilization of unloader (h unloadingh)

U1 Utilization of labour (h workingh)

Csysa System capacity (harvest unitsh)

Csysb System capacity (harvest unitsh)

Efact Actual harvester field efficiency fraction

103

material There are extensive problems on silage quality Some of them are mechanical and some are system based Forexample laborerrsquos and farmererrsquos inadeaquate knowledge on packing systems decrases the quality of the forage materials Ordinary labor work focuses on packing as fast as possible but forgetting to control the bulk density of the material Because of lack of unmatched equipment in the systems processes laborers only focus on the time of the work and spending efforts to keep it short There no data or spreadsheet supporting producers for decision making Economical production and better quality silage will become a key factor in the future having much more importance than present day because of global warming and more human population demanding on better and more efficient production in dairy industry

REFERENCES

1 ASAE 2002a S495 Uniform terminology for agricultural machinery

management In ASAE Standards 49th

2 ed ASAE St Joseph MI

3 ASAE 2002b EP4962 Agricultural machinery management In

ASAE Standards 49th ed ASAE St JosephMI

4 ASAE 2002c D4974 Agricultural machinery management data

InASAEStandards 49th ed ASAE St JosephMI

5 Hunt DR 1986 Engineering Models for Agricultural Production AVI

Publishing Westport CT

6 Lavoie G Gunjal K Raghavan GSV 1991 Soil compaction

machinery selection and optimum crop planning

7 Trans ASAE 34 (1) 2ndash8

8 Parmar RS McClendon RW Potter WD 1996 Farm machinery

selection using simulation and genetic

algorithms Trans ASAE 39 (5) 1905ndash1909

9 Rotz CA Buckmaster DR Mertens DR Black JR 1989

DAFOSYM A dairy forage system model forevaluating alternatives in

forage conservation J Dairy Sci 72 (11) 3050ndash3063

10 Rotz CA Muhtar HA Black JR 1983 A multiple crop machinery

selection algorithm Trans ASAE 26 (6)

11 1644ndash1649

12 Wiersma DW and BJ Holmes 2000 Estimating the weight of forage

in a forage wagon

104

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam

Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat

industry waste material

SUMMARY

Every year a meat industry produces great amount of waste material which in case of mismanagement might be a burden to environment as well as a danger to people Due to the presence of organic components the process of utilization is intricate and costs are very high in Poland In consequence the effective and economically viable methods of recycling are searched for The main waste material of meat industry constitutes of refuse fats from abattoirs It need to be stressed that in Poland the supply of wholesome fat is not sufficient which does not allow its use for energy purposes

Key words waste material meat industry biodiesel biogas

STRESZCZENIE

Przemysł mięsny wytwarza co roku znaczące ilości odpadoacutew ktoacutere w przypadku niewłaściwego zagospodarowania są uciążliwe dla środowiska i mogą być niebezpieczne dla ludzi W Polsce koszty ich utylizacji są wysokie a cały proces skomplikowany ze względu na to że w ich skład wchodzą odpady organiczne Skutkiem tego jest poszukiwanie skutecznych i opłacalnych metod zamiany odpadoacutew w inne produkty Głoacutewny odpad przemysłu mięsnego stanowią tłuszcze odpadowe z ubojni Należy podkreślić że podaż pełnowartościowego tłuszczu w Polsce jest zbyt mała i nie pozwala na jego energetyczne wykorzystanie

WSTĘP

Odpady mięsne charakteryzują się wysokim udziałem związkoacutew organicznych Ich zawartość szacuje się na 50-801 W przemyśle mięsnym wyroacuteżnia się sześć grup odpadoacutew

Odpady rzeźne operacyjne (mają największy udział- 37)

Odpady z zawartością chlorkoacutew

1 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

105

Gnojowica

Osady ściekowe

Odpady energetyczne

Odpady komunalno-gospodarcze

Odpady z przemysłu mięsnego można także podzielić na miękkie i twarde Do miękkich zaliczamy krew poubojową jelita wole przełyki skrawki skoacutery odpady mięsno-tłuszczowe zawartość przewodoacutew pokarmowych błony śluzowe gnojowicę wnętrzności i podroby osady z oczyszczania ściekoacutew soacutel z konserwacji skoacuter i jelit Odpady twarde to pierze odpadowe łapy i głowy drobiowe szczecina włosie rogi racice kopyta kości2

Możliwości wtoacuternego wykorzystania tych odpadoacutew są roacuteżne przedstawia je tabela 1

2Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

106

Tabela 1 Rodzaje produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego i możliwości ich wtoacuternego wykorzystania

Rodzaj odpadu Zastosowanie

Mięso świeże ( ze starych koni i kroacutew ) pasza naturalna dla mięsożernych zwierząt futerkowych domowych i z ogrodoacutew zoologicznych

Krew niespożywcza składnik mączek paszowych

Niegarbarskie części skoacuter produkcja żelatyny aminokwasoacutew osłonek wędliniarskich nici i gąbek i nici chirurgicznych błon do przeszczepoacutew tętnic tworzyw skoacuteropodobnych klejoacutew kosmetykoacutew paszy

Odpady mięsno-tłuszczowe ze skoacuter produkcja pasz

Szczecina produkcja szczotek pędzli pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Włosie produkcja szczotek pędzli smyczkoacutew muzycznych filtroacutew sit surowiec tapicerski i filcowy produkcja pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Rogowizna produkcja przedmiotoacutew użytkowych i galanteryjnych pasz hydrolizatoacutew mączek keratynowych nawozoacutew klejoacutew

Zawartość przewodoacutew pokarmowych nawoacutez pasza dodatek do surowcoacutew utylizacyjnych

Odpady jelit surowiec utylizacyjny

Błona śluzowa jelit produkcja preparatoacutew farmaceutycznych i pasz

Odpady tłuszczowe tłuszcz techniczny i pasze

Kości produkcja klejoacutew żelatyny pasz odzyskiwanie fosforu

Błony- w tym błony surowicze źroacutedło kolagenu

Soacutel z konserwacji skoacuter i jelit oraz peklowni

na razie brak racjonalnego wykorzystania

Inne surowce utylizacyjne pasze tłuszcz techniczny

Gnojowica Nawoacutez

Osady ściekowe nawozy pasze

od listopada 2004 r odpady pochodzenia zwierzęcego ( z wyjątkiem ryb i plazmy krwi ) nie mogą być przeznaczone do produkcji mączek paszowych

Źroacutedło Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego zeszyt 4

Skład i właściwości fizykochemiczne tłuszczoacutew technicznych wykazują brak zagrożenia ekologicznego przy termicznej obroacutebce Zawartość wilgoci i popiołu kształtuje się na poziomie podobnym jak przy oleju opałowym Tłuszcze techniczne nie zawierają w swoim składzie żadnych substancji

107

ktoacutere po spaleniu mogłyby okazać się szkodliwe dlatego są one dobrym surowcem do produkcji paliw

CEL I ZAKRES

Celem pracy zaprezentowanej w artykule jest analiza zasoboacutew surowcoacutew odpadowych przemysłu mięsnego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce Do zrealizowania sformułowanego powyżej celu w pracy przeprowadzono obliczenia i analizę ktoacuterych zakres obejmuje

Charakterystykę przemysłu mięsnego wraz z prognozą do 2020 roku

Określenie wspoacutełczynnikoacutew opisujących ilość odpadoacutew z danego sektora

Określenie wspoacutełczynnikoacutew do przeliczenia ilości odpadoacutew na ilość biopaliwa

Obliczenie potencjału teoretycznego biopaliw z prognozą do 2020 roku

Analiza została przeprowadzona w oparciu o dane literaturowe

CHARAKTERYSTYKA RYNKU MIĘSA

Rynek wieprzowiny

Ostatnie lata były najdłuższym okresem systematycznego pogarszania warunkoacutew chowu trzody chlewnej i w związku z tym ograniczania tego chowu W lipcu 2009 roku pogłowie wynosiło 143 mln sztuk Ocenia się że w 2010 roku pogłowie trzody chlewnej może liczyć około 15 mln sztuk W 2008 roku produkcja żywca wieprzowego w wbc wyniosła 2483 tys ton i była mniejsza w poroacutewnaniu z rokiem ubiegłym o 105 Przewiduje się że rok 2011 będzie charakteryzował się wzrostem produkcji Łączny eksport wieprzowiny w 2008 roku wynioacutesł 399 tys ton a import 514 tys ton Eksport żywca przetworoacutew i tłuszczoacutew wieprzowych w I poacutełroczu 2009 roku ukształtował się na poziomie 151 tys ton w ekwiwalencie mięsa Import produktoacutew wieprzowych wynioacutesł w 2008 roku 514 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku wynioacutesł on 259 tys ton w ekwiwalencie mięsa

Rynek wołowiny

W czerwcu 2009 roku pogłowie kroacutew było mniejsze o 42 w poroacutewnaniu z rokiem poprzednim a pogłowie bydła ogoacutełem o 1 Produkcja żywca wołowego w 2008 roku wzrosła o 24 W I poacutełroczu 2009 roku produkcja żywca wołowego była większa o 85 niż w I poacutełroczu roku poprzedniego W 2008 roku liczba urodzonych cieląt wyniosła 2351 tys sztuk W I poacutełroczu 2009 roku liczba ta zmniejszyła się o 12 Zmniejszył się roacutewnież uboacutej cieląt o ok 2 Łączny eksport żywca mięsa i przetworoacutew

108

wołowych w 2008 roku wynioacutesł 263 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku import mięsa wołowego był zbliżony do roku poprzedniego3

3 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

109

PROGNOZA RYNKOWA

Uboje bydła mogą się zmniejszać o 21 rocznie natomiast w ubojach trzody chlewnej może kształtować się tendencja wzrostowa4

Tabela 2 Uboje całkowite bydła i trzody chlewnej w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

W następnych latach produkcja mięsa wołowego może się zmniejszać w tempie 26 rocznie do ok 300 tys t w 2020 roku5

Tabela 3 Produkcja wołowiny i wieprzowiny w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

POTENCJAŁ TOERETYCZNY BIOPALIW

Dane określające uboacutej bydła i trzody chlewnej (tab 2) oraz produkcję żywca wołowego i wieprzowego (tab 3) służą obliczeniu szacunkowej produkcji odpadowych tłuszczy zwierzęcych

4 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214)

5 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214) s 36

110

Tabela 4 Szacunkowa produkcja tłuszczy zwierzęcych (odpadowych technicznych) w poszczegoacutelnych latach

Wyszczegoacutelnienie 2009 2010 2011 2012

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego (mln szt)

1300 1273 1246 1220

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013 = 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4648 ok 4551 ok 4454 ok4362

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

21 2617 262 263

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001 =066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1386 ok 1727 ok1729 ok 1736

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

783 650 392 382

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 3915 325 196 191

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

47 39 235 23

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 47 ok 39 ok 235 ok 23

Lata 2009 2010 2011 2012

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2286 2393 2396 2404

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 914 957 958 961

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

46 478 48 48

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 46 ok 478 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe ok 696 ok 715 ok 69 ok 68

111

tłuszcze i po utylizacji (tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2013 2014 2015 2016

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1194 1169 1144 1120

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4269 ok 4179 ok 409 ok4004

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

263 265 267 267

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1736 ok 1749 ok 1762 ok 1762

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

375 364 357 353

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 1875 182 1785 1765

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

225 218 214 2118

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 225 ok 218 ok 214 Ok 212

Lata 2013 2014 2015 2016

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2411 2421 2429 2420

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 964 968 971 968

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4822 4842 4858 484

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 48 ok 48 ok 49 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji

ok 671 ok 663 ok 656 ok 645

112

(tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2017 2018 2019 2020

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1096 1073 1050 1028

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 3918 ok 3836 ok 3754 ok 3675

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

268 269 269 27

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1769 ok 1775 ok 1775 ok 1782

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

346 340 325 321

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 173 170 1625 1605

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

2076 204 195 1926

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 2 ok2 ok 2 ok 19

Lata 2017 2018 2019 2020

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2414 2410 2400 2390

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 965 964 960 956

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4828 482 48 478

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

Ok 48 ok 48 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji (tys t)

ok 637 ok 63 ok 621 ok 613

113

Źroacutedło wskaźniki do obliczeń przyjęto na podstawie E Piotrowski IPMiT w Warszawie oddział w Poznaniu oraz K Dowgiałło Dep Weterynaryjny MRiRW W Sikorki ndash ZM Skiba Chojnice

Łączną ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020 przedstawia tabela 5

Tabela 5 Łączna ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

Wydajność produkcji biogazu z tłuszczu kształtuje się na poziomie 800 m3tonę substratu6 natomiast ilość biodiesla wytworzonego z tłuszczu zwierzęcego w każdym kolejnym roku jest proporcjonalna do ilości tłuszczy odpadowych jakie wytworzył przemysł mięsny7

Tabela 6 Szacunkowa ilość biogazu i biodiesla możliwa do wytworzenia z tłuszczu zwierzęcego w latach 2009-2020

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Łącznie tłuszcze odpadowe i po

utylizacji [tys Ton]

696 715 69 68 671 663

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

55680 57200 55200 54400 53680 53040

Biodiesel [tys ton]

696 715 69 68 671 663

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Łącznie tłuszcze odpadowe i po utylizacji[tys ton]

656 645 637 63 621 613

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

52480 51600 50960 50400 49680 49040

Biodiesel [tys ton]

656 645 637 63 621 613

Źroacutedło obliczenia własne

6 httpwwwpostcarbonpl 2009

7 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

114

Tabela 7 Ilość paliwa z odpadoacutew w przeliczeniu na tony oleju ekwiwalentnego

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Biodiesel

[ktoe]

617 631 609 60 593 585

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 307 314 303 299 295 291

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Biodiesel

[ktoe]

579 57 563 556 548 541

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 288 283 28 277 273 269

Źroacutedło opracowanie własne

Tabela 8 Potencjał teoretyczny biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku (ktoe)

Wyszczegoacutelnienie Rynek mięsa

Biodiesel

[ktoe]

6992

Biogaz

[ktoe] 3479

Źroacutedło opracowanie własne

PODSUMOWANIE

1 Przemysł mięsny każdego roku wytwarza znaczące ilości odpadoacutew

ktoacutere mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw ze względu

na wysoki potencjał energetyczny

2 Głoacutewnym odpadem powstającym w sektorze mięsnym

wykorzystywanym do produkcji biopaliw może być odpadowy tłuszcz

zwierzęcy

115

3 Ilość tłuszczu zwierzęcego powstałego przy przetwoacuterstwie mięsa

do 2020 roku szacuje się na 7917 tys ton

4 Potencjał produkcji biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku

szacowany jest na 6992 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew zostanie

wytworzony biodiesel lub 3479 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew

zostanie wytworzony biogaz

LITERATURA

1 Biuletyn informacyjny Podaż i popyt w Europie a perspektywy

produkcji rolniczej w Polsce ARR 2009 Nr 4 (214) s 36- 49

2 httpwwwpostcarbonpl 2009

3 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

4 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

5 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki

zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego

Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

116

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill

INTRODUCTION

Wear arises by impact of friction of cut chip pieces and workpiece surfaces with the tool Its mechanism is characterized by friction of little elements of tactile layers and their removal in form of products of friction from cutting area Wear of cutting wedge has faster progress than wear of machine parts even though that physical nature is the same Cause should be found in peculiarity of friction process in manufacturing cutting New metal surfaces come to contact with cutting material at all times [5]

1 SPECIFICATION OF EXPERIMETAL CONDITIONS

11 CATEGORIZATION OF EXPERIMENT

As the measurements are focused on verification of durability of cutting materials selected on the base of previous testing the long-term method of testing was chosen These methods of long-term testing have the disadvantage of huge time and material consumption although they are more precise as short-term tests

12 CHARACTERISTIC OF EXPERIMENTAL ENVIRONMENT

For the purposes of experiment there was CNC machining center HAAS VF- 1B utilized that is situated in laboratory of Cracow Polytechnics in Cracow Poland

121 CUTTING CONDITIONS

From the viewpoint of cutting conditions established for these experiment the dimensions of relevant workpieces were taken into consideration together with requirements of measurements that should provide the results Entire experiment was realized as long-term durability testing

Established conditions

Spindle speed n with value of 1800 otmin-1

Cut depth ap with value 15 mm

Cutting speed vc with value 34 mmin-1

117

feed rate vf with value 004 mmteeth

122 MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS

As a workpiece material there was steel used marked as STN 17 241 EN X5CrNi 18-10 that is austenitic chrome-nickel steel with very good corrosion resistance good plasticity in cold stage and good weldability

As tool materials there were three kinds of HSS grooving mills with two wedges and diameter of 6 mm (obr2)

A coatless

B with coating ALTiN

C with coating AlTiSiN

123 EXPERIMENT PROCEDURE

According to determined parameters (coating type of cutting plate cutting speed cut depth and feed rate) the verification of durability of mills was started Experiment was realized on material with dimensions 200x100x50 (obr1) With all tool crossing movements the cutting conditions were kept constant As first tested mills samples bdquoAldquo with no coating were tested Second tested were bdquoBldquo samples with AlTiN coating Finally bdquoCldquo samples were tested with AlTiSiN coating After each tool crossing movement the time of tool engagement was measured together with tool wear Milling was realized until the wear reached the value of VBB = 600 microm Wear was monitored with use of optical device with decuple optical zoom With respect to selected material STN 17 24 the wear at first two tool crossings was zero With further tool crossings the wear reached the value of VBB = 200 microm This value was constant until the wear started to increase swiftly what was obvious also from width of working trajectory of the tool Individual measured values were graphically evaluated

Fig1 Fig2

118

2 RESULTS

Fig3 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with no coating bdquoAldquo

Fig 4 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiN coating bdquoBldquo

Fig 5 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiSiN coating bdquoCldquo

119

3 CONCLUSION

Cutting tools for engineering manufacturing are produced of different materials ndash starting from tool steel (high-speed) through sintered carbides (coatless or with hard coating) cermets cutting ceramics to very hard materials (synthetic diamond and cubic boron nitride) This wide assortment of materials is the result of long and intensive research and development in that area and is connected with development of constructional materials that need to be machined Currently and neither in close future there are no expactations in invention of brand new cutting material Therefore the efforts of all research teams in area of cutting materials focus to improvements of technological aspects with precise of application area [5]

Contribution is created woth support of ministry of education of Slovak Republic with exploitation of grant VEGA 1088510 From presented graphs it is obvious that with HSS mills labeled as bdquoAldquo samples lowest durability was achieved as the mills engagement was shortest With mills with AlTiN coating that were labeled as bdquoBldquo samples the impact of coating was observed while reaching doubled lifespan Highest value of lifespan was documented on graph C and achieved after use of HSS mills with AlTiSiN coating lebeled as bdquoCldquo samples Their engagement time was three times longer than with coatless bdquoAldquo samples This experiment confirmed that development and research in the area of tool coating has still significant importance

REFERENCES

1 Biacutelek O Lukovics I Experimental simulation of heat and stress

formation for surface grinding In Katelinic B Daaam International

Scientific Book 2008 7th ed Vienna Austria Daaam International

Vienna Vienna 2008 pp 35-42 ISBN 978-3-901509-69-0

ISSN 1726-9687

2 Buda J Bekeacutes J Teoretickeacute zaacuteklady obraacutebania kovov 1 vyd

Bratislava SVTL 1967 700 s ISBN 63-046-67

3 Neslušan MTurek S Brychta J Čep R Tabaacuteček M

Experimentaacutelne metoacutedy v trieskovom obraacutebaniacute Žilina 2007 ISBN 978-

80-8070-711-8

4 Vasilko K Teoacuteria rezneacuteho procesu 1vyd Prešov 2006

ISBN 80-8073-586-7

5 Humaacuter A Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha 2008 ISBN 978-80-

254-2250-2 Lukovics I Biacutelek O High Speed Grinding Process

Manufacturing Technology 2008 8 12-18 ISSN 1213248-9

120

KovalyshynOleh

Lviv National Agrarian University

Usingcloud computingtechnologyin education process

ANNOTATION

This paper considers thetechnology ofcloudcomputing its

structureandmethodsof applicationtoimprovethe educational process

INTRODUCTION

Cloud computing refers to the provision of computational resources on demand via a computer network such as applications databases file services email etc In the traditional model of computing both data and software are fully contained on the users computer in cloud computing the users computer may contain almost no software or data (perhaps a minimal operating system and web browser only) serving as little more than a display terminal for processes occurring on a network of computers far away Common shorthand for a provided cloud computing service (or even an aggregation of all existing cloud services) is The Cloud

The phrase ldquocloud computingrdquo originated from the cloud symbol that is usually used by flow charts and diagrams to symbolize the internet The principle behind the cloud is that any computer connected to the internet is connected to the same pool of computing power applications and files Users can store and access personal files or use productivity applications

121

on a remote server rather than physically carrying around a storage medium such as a DVD or thumb drive Almost all users of the internet may be using a form of cloud computing though few realize it [1]

Cloud computing involves pooling the processing power of multiple remote computers in the cloud to achieve a task such as data warehousing of hundreds of terabytes managing and synchronizing multiple documents online or computationally intensive work These tasks would normally be difficult time consuming or expensive for a single computer to accomplish The result of this processing is then served using the Internet to one or more clients working on their local computer

The National Institute of Standards and Technology (NIST) provides a specific definition

Cloud computing is a model for enabling convenient on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (eg networks servers storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2]

Cloud computing describes a new supplement consumption and delivery model for IT services based on Internet protocols and it typically involves provisioning of dynamically scalable and often virtualized resources It is a byproduct and consequence of the ease-of-access to remote computing sites provided by the Internet This frequently takes the form of web-based tools or applications that users can access and use through a web browser as if they were programs installed locally on their own computers

Typical cloud computing providers deliver common business applications online that are accessed from another Web service or software like a Web browser while the software and data are stored on servers

Most cloud computing infrastructures consist of services delivered through common centers and built-on servers Clouds often appear as single points of access for consumers computing needs Commercial offerings are generally expected to meet quality of service requirements of customers and typically include service level agreements

The key characteristic of cloud computing is that the computing is in the cloud that is the processing (and the related data) is not in a specified known or static place(s) This is in contrast to a model in which the processing takes place in one or more specific servers that are known All the other concepts mentioned are supplementary or complementary to this concept [3]

122

HOW TOUSECLOUD COMPUTINGTOIMPROVETHE EDUCATIONALPROCESS

Inpracticecloud computingtechnologycan be usedtofacilitatethe learning processinestablishments of higher education Accordingtothe developedproject information required forstudentsduringthe learning process(literature applications software simulators etc) placedon the local serverof the institutionand eachcomputerthat isconnectedto theLANcan accessthese products Thismethodgives atremendousadvantage because theres noneed toinstallsoftwareon eachcomputerseparately simplifyingadministrationof computerclasses andminimizingcarejobs An importantadvantageis thepossibility ofproviding for studentsindividualrooms on the serverwheretheycanposttheir owninformation concerning withtraining In fact studentsrsquo attachment to the workplace disappears from any computer in the university access to the software package as well as their own rooms is granted

Technologyallowsimprovingcomputer studentstestingbecause itminimizesthe chance of interventiontothe applicationof unauthorized personsduring testing This is provided by that the local computer where the actual testing process rakes place has no server side program or processes associated with it which does not allow to hack it Interference in testing process needs to break the server which is ten times harder In addition there is no need to install the testing program on each computer separately Process of updating software changing databases issues is simplified Test results may be available to students through the cloud as an Internet application

Thistechnologybecomessignificant in practicedue tothe factthat existent standardsof educationof engineerstraining areas such as ldquoProcesses machinesandequipmentAIPrdquo rdquoPower engineering and electro technical systems in AIC rdquo ldquoMechanicalldquo ldquoCartransportrdquosoprovide for passing offinalstateexam in the form of test Thanks tothis technologyit is easily toconvertthis examoncomputertestingthatwillsignificantlyreducethe timeof its carrying out and will expandopportunitiesandthe terms of preparationetc

Cloud computingcan alsobe usedas oneof theoptions fordistance learningby making theaccessto theinformationavailable on theserverfrom the Internet Instructional materialsneededfor training must be placedon the serverwherethey will be availableto students The evaluations are conductedusingthe softwarepresented on it Resultsare placedinappropriate studentsrooms where theywere available to theteachers Thismethodcan be usedforongoing monitoringof students registration of the progressof theirstudiesforsome definite period oftime alwaysdeterminingtheirrating

123

CONCLUSIONS

1 Cloud computing technologies have wide a use in the educational

process for its improvement and provide students with additional

opportunities

2 Cloud computing technology is a simple method of implementation of

the methods of computer testing during passing of final state exams by

students of engineering directions if itrsquos provided by existing standards

of education

3 Cloud computing can also be used as one of the variants of distance

studying and constant current control students knowledge of particular

subjects and it presents an opportunity to determine continuously their

rating according to the results

REFERENCES

1 John Rittinghouse James Ransome Cloud Computing

Implementation Management and Security CRC Press 2009

ISBN 1439806802

2 Michael Miller Cloud Computing Web-Based Applications That

Change the Way You Work and Collaborate Online 2008

ISBN 0789738031

3 John Rhoton Cloud Computing Explained Implementation Handbook

for Enterprises 2009 ISBN 9780956355607

124

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron

Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives

ABSTRACT

Decorative qualities and constant demand on Rhododendron are the reasons of perfecting and using micropropagation methods on large scale ndash to mass proliferation of this plants [Bojarczuk 1995 Gertere i Tomsone 1996 Tomsone i wsp 2004 Almeida i wsp 2005 Vejsadova 2008] Meristems fragments and floral inmature buds are using as primary explants to culture iniciation The objective tests was valuation of growth regulators influence on micropropagation of Rhododendron hybrid received in Forest Arboretum in Slizow which is characterized by relatively dark flowerrsquos color rare found among Rhododendrons Technics based on micropropagation permit to get its hybrid seedlings on the mass scale and keep it values because backwoods constitute only the single shrub This technic limits application traditional methods of vegetative proliferation by coupling or cuttings in arboretum and generative proliferation may cause loss this mark Andersonrsquos [1984] medium was applicated as the basic medium and it was modificated by Bojarczuk [1994] Basic medium was supplemented by phytohormons in differentiated concentration (cytokines ndash 2iP 2-8 mgl and auxins ndash IAA 02-4 mgl TDZ 01-02 mgl) and its combination

WSTĘP

Rodzaj Rhododendron oznacza zaroacutewno Roacuteżaneczniki - zimozielone oraz Azalie ndash zrzucające liście W rodzaju Rhododendron oznaczono 850 gatunkoacutew krzewoacutew i krzewinek występujących od strefy arktycznej do goacuter tropikoacutew Naturalnie większość gatunkoacutew występuje w Azji w goacuterach Chin i Himalajach w formie goacuterskich zarośli Jest to rodzaj o niezwykle dużym zroacuteżnicowaniu dekoracyjnych form kwiatoacutew niestety najczęściej nie mrozoodporny w warunkach Polski wyjątek - Rhododendron luteum Azalia pontyjska wcześniej traktowana jako flora rodzima Polski teraz gatunek uznany za zawleczony przez Tataroacutew Charakterystycznym warunkiem zdrowego wzrostu większości roacuteżanecznikoacutew jest zapewnienie im podłoża o kwaśnym odczynie ndash pH 4-5 Jest to cecha typowa dla rodziny

125

EricaceaeHodowla roacuteżanecznika rozwija się głoacutewnie w kierunku tworzenia odmian dpornych na niekorzystne czynniki środowiskowe abiotyczne - mroacutez zasolenie suszę oraz biotyczne ndash patogeny (fitoftoroza mączniak prawdziwy szara pleśń mączlik roacuteżanecznikowy kibitnik azaliaczek mszyca azaliowa i inne) oraz o coraz to bardziej wysublimowanych walorach dekoracyjnych Sposoby rozmnażania Rhododendronoacutew można podzielić na proste (nielaboratoryjne) oraz laboratoryjne Proste to odkłady (proste ndash pędy przyginane do ziemi powietrzne ndash nacięcie pędu w ktoacuterym umieszcza się ukorzeniacz oraz torf zawinięte folią do czasu wydania korzeni przybyszowych) a także sadzonki poacutełzdrewniałe ndash pobrane z pędoacutew wierzchołkowych i ukorzeniane w ukorzeniaczu Do laboratoryjnych sposoboacutew rozmnażania zaliczamy kultury in vitro (mikropropagacja)

Powodem doskonalenia i wykorzystania na szeroką skalę metod mikropropagacji do masowego mnożenia roacuteżanecznikoacutew są w szczegoacutelności walory dekoracyjne i stały popyt na te rośliny Jako eksplantaty pierwotne do inicjacji kultur wykorzystuje się fragmenty merystemoacutew i pąki kwiatowe Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu regulatoroacutew wzrostu na mikropropagację mieszańca roacuteżanecznika otrzymanego w Arboretum Leśnym w Ślizowie charakteryzującego się stosunkowo ciemnym zabarwieniem kwiatoacutew rzadko spotykanym wśroacuted roacuteżanecznikoacutew

MATERIAŁ I METODY

Materiał do założenia doświadczenia stanowiły eksplantaty wtoacuterne w postaci pięciolistnych pędoacutew umieszczanych na pożywce Alo (kontrola) oraz wzbogaconej następującymi regulatorami wzrostu (mgl)

1 Al0 2 Al0+20 22iP+02IAA 3 Al0+20 22iP 4 Al0+20 22iP+02IAA+05TDZ 5 Al0+80 22iP+20IAA+05TDZ

Jako pożywkę podstawową zastosowano pożywkę Andersona (1984) z modyfikacjami (AL) zaproponowanymi przez Bojarczuk (1995) W drugiej fazie doświadczenia materiał przełożono na pożywkę MS Doświadczenie założono w pięciu powtoacuterzeniach (powtoacuterzeniem były szklane naczynia ze sterylnymi warunkami w ktoacuterym było 5 eksplantatoacutew) Pomiary wykonano po 15 miesiącu a następnie kolejny raz po przełożeniu na pożywkę MS bez regulatoroacutew wzrostu Obserwowano wielkość eksplantatoacutew liczbę korzeni i liści obecność pędoacutew bocznych pędoacutew przybyszowych tkanki kalusowej

126

WYNIKI

Metoda kultur in vitro składa się z kilku następujących po sobie etapoacutew do ktoacuterych należą pozyskanie sterylnego materiału roślinnego przeniesienie materiału na pożywkę w celu inicjacji kultury pobudzanie do wzrostu eksplantatoacutew pierwotnych za pomocą fitohormonoacutew wielokrotne pasażowanie roślin do momentu uzyskaniu odpowiedniej ilości mikrosadzonek o wysokiej jakości wysadzenie do warunkoacutew in vivo W ten sposoacuteb uzyskuje się gotowy materiał handlowy Na bazie wykonanego doświadczenia można wywnioskować że wykorzystanie techniki opartej na mikropropagacji pozwoli na uzyskanie sadzonek tego mieszańca na skalę masową zachowując jego walory Matecznik do pozyskania eksplantatoacutew pierwotnych stanowił tylko pojedynczy krzew W tym przypadku ogranicza to zastosowanie tradycyjnych metod wegetatywnego mnożenia poprzez szczepienie czy sadzonkowanie w szkoacutełce Stwierdzono następczy wpływ zastosowanych regulatoroacutew wzrostu co było widoczne w postaci rozwijających się pędoacutew przybyszowych z morfogennej tkanki kalusowej

Najprzydatniejszą pożywką do namnażania (w celu uzyskania licznych pędoacutew przybyszowych) okazały się pożywki Al0 +20 22iP Al0 +20 22iP+02IAA+05TDZ oraz Al0 +80 22iP+20IAA+05TDZ na ktoacuterych odnotowano od 70 -97 eksplantatoacutew z morfogenną tkanką kalusową regenerującą w nowe pędy

LITERATURA

1 Almeida R Gonccedilalves S Romano A 2005 In vitro micropropagation of endangered Rhododendron ponticum L subsp baeticum (Boissier amp Reuter) Handel-Mazzetti

2 Bojarczuk K 1994 a In vitro rapid propagation of Rhododendron cultivars from callus and bud cultures

3 Bojarczuk K 1996 Regeneracja wybranych odmian roacuteżanecznikoacutew z pąkoacutew bocznych i przybyszowych w kulturach in vitro

4 Vejsadovaacute H 2008 Growth regulator effect on in vitro regeneration of Rhododendron cultivars

127

Inż OsypiukRoman dr inż Gendek Arkadiusz

Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw

WSTĘP

Pilarki spalinowe używane do pozyskiwania drewna wyposażone są w piły łańcuchowe z zębami tnącymi typu żłobikowego Ze względu na to że piła łańcuchowa należy do wieloostrzowych narzędzi skrawających podstawową zasadą pracy jest zachowanie takich samych kształtoacutew wymiaroacutew liniowych i kątowych wszystkich takich samych elementoacutew w całym okresie eksploatacji Szczegoacutelnie istotne jest to w przypadku ogniw tnących Zachowanie określonych wymiaroacutew poszczegoacutelnych ogniw podczas eksploatacji wpływa pozytywnie na trwałość całego zespołu tnącego komfort pracy wydajność skrawania oraz bezpieczeństwo operatora podczas pozyskiwania drewna

Diagnostyka stanu piły łańcuchowej przez operatora polega przede wszystkim na ocenie wizualnej jej stanu technicznego oraz na przeprowadzeniu pomiaru zniżenia ogranicznika posuwu i długości poacutełki zęba tnącego Operatorzy zazwyczaj nie sprawdzają konta nachylenia ogniwa tnącego

W czasie eksploatacji ostrzenie pił i zniżanie ogranicznika posuwu odbywa się ręcznie Bardzo często użytkownicy pilarek nie używają dodatkowych akcesorioacutew (np prowadnikoacutew rolkowych) dla zachowania odpowiednich parametroacutew Wielokrotne ostrzenie bdquoz rękirdquo powoduje to że w poszczegoacutelnych ogniwach otrzymuje się roacuteżną długość poacutełki roacuteżne kąty oraz roacuteżną wysokość ogranicznika Problemy pojawiają się roacutewnież w przypadku ostrzenia ogniw prawych i lewych Ze względu na to że większość społeczeństwa jest praworęczna łatwiej i dokładniej można naostrzyć ogniwa lewe Roacuteżnice w wysokości i kątach zęboacutew prawych i lewych mogą w konsekwencji wpływać na wydajność pracy i bezpieczeństwo pracy przy ścince drzew Na rysunku 1 przedstawiony został schemat drzewa z pochyloną płaszczyzną rzazu ścinającego Roacuteżnica wysokości ogniw prawych i lewych spowodowała bdquościąganierdquo rzazu w kierunku zęboacutew wyższych Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niejednakowej wysokości ogranicznika między stronami

128

Rysunek 1 Pochylona płaszczyzna rzazu ścinającego

Wysokość ogranicznika grubości wioacutera wpływa roacutewnież na wydajność skrawania drewna Na podstawie literatury można stwierdzić że zniżając ogranicznik rośnie wydajność skrawania ale po przekroczeniu pewnej granicy wydajność ta spada

CEL I METODYKA

Celem badań było ustalenie czy operatorzy pilarek w ramach codziennej obsługi prawidłowo ostrzą i regulują swoje piły łańcuchowe tzn czy przy wykorzystaniu dostępnych narzędzi serwisowych potrafią zachować zgodne z instrukcją parametry ogniw tnących oraz jaki ma to wpływ na wydajność i ewentualne bezpieczeństwo pracy

Do pomiaroacutew zostały użyte losowo wybrane piły łańcuchowe z dwoacutech Zakładoacutew Usług Leśnych pracujących na terenie Nadleśnictwa Chojnoacutew oraz z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa Wydziału Inżynierii Produkcji Z ZUL nr 1 otrzymano do badań 8 pił z ZUL nr 2 15 pił z ZML otrzymano 5 pił Wszystkie piły zostały oznaczone kolejnymi numerami odpowiednio dla ZUL nr 1 numeracja 1divide8 dla ZUL nr 2 numeracja 9divide23 dla ZML numeracja 24divide28

Piły pobrane z ZUL charakteryzowały się znacznym stopniem zużycia tzn były w końcowej fazie eksploatacji jednak pilarze na co dzień wykonywali nimi pozyskiwanie drewna Kilka pił miało uszkodzone pojedyncze ogniwa

Piły z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa charakteryzowały się średnim stopniem zużycia tzn nadającym się do dalszej eksploatacji Piły te zostały pobrane do badań po zakończeniu kursu pilarza w ramach ktoacuterego uczestnicy uczyli się min prawidłowego ostrzenia

129

W celu dokonania pomiaroacutew zostały zrobione zdjęcia wszystkich ogniw tnących Ogniwa były fotografowane prostopadle z goacutery i z boku Na zdjęciach rejestrowany był roacutewnież wzorzec długości Zdjęcia trafiały do programu MultiScan gdzie po wyskalowaniu obrazu wykonywane były pomiary zniżenia ogranicznika posuwu względem krawędzi tnącej oraz kąta nachylenia ostrza poziomego

Każdy pomiar wykonano trzy krotnie następnie obliczano wartość średnią ktoacutera była wykorzystywana do dalszych analiz Program MultiScan umożliwia uzyskiwanie dużych dokładności jednak w ze względu na błąd człowieka przyjęto niższą dokładność - 005mm

Otrzymane wyniki zapisano w programie Excel oraz Statistica Opracowanie wynikoacutew pozwoliło na określenie średniej wartości poszczegoacutelnych parametroacutew dla badanych pił odchylenia standardowego oraz błędu Wyniki przedstawiono w formie wykresoacutew

Wszystkie piły zostały ponumerowane i przypisane do odpowiedniego zakładu z ktoacuterego pochodziły

OMOacuteWIENIE WYNIKOacuteW

Zgodnie z danymi katalogowymi zniżenie ogranicznika posuwu powinno wynosić 05-07mm Na rysunku 1 przedstawione zostało zniżenie ogranicznika dla ogniw prawych i lewych w poszczegoacutelnych piłach

wys ogranicznika P

wys ogranicznika L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

00

05

10

15

20

25

30

35

Wys

oko

ść [m

m]

Rysunek 2 Zniżenie ogranicznika posuwu dla ogniw prawych (P)

i lewych (L)

130

Zakres średnich wartości zniżenia ogranicznikoacutew w pierwszym zakładzie wynosił 146-284 mm ndash wyjątek piła nr 4 gdzie zniżenie wynosi 023 mm Piły z pierwszego ZUL miały ogniwa ktoacuterych wartość ta znacznie przekraczała maksymalną zalecaną wartość katalogową Można przypuszczać że pracownicy tego zakładu chcieli poprzez zniżenie ogranicznikoacutew poprawić wydajność skrawania (przez zwiększenie grubości wioacutera) albo nie znali zasad prawidłowego ostrzenia ogniw tnących Wadą takiego zabiegu jest to że piła jest poddawana znacznie większym obciążeniom co doprowadza do szybszego jej zużycia a jednocześnie może to wpłynąć na zmniejszenie bezpieczeństwa pracy ponieważ piła na skutek zwiększonego obciążenia może się zerwać W zakładzie nr 1 daje się zauważyć roacutewnież znaczną roacuteżnicę w wartości zniżenia ogranicznika między ogniwami prawymi i lewymi W pięciu przypadkach ogniwa lewe mają większe zniżenie w stosunku do ogniw prawych Roacuteżnice wysokości zniżenia ogranicznikoacutew pomiędzy prawni a lewymi ogniwami wskazuje na to że pilarz zniżając ograniczniki wykonywał roacuteżną liczbę pociągnięć pilnika dla prawego i lewego ogniwa lub wykonywane pociągnięcia były nie pełne W skrajnym przypadku dla piły nr 2 roacuteżnica ta dochodzi do 08 mm

W drugim zakładzie oraz ZML wartości zniżenia ogranicznikoacutew w większości przypadkoacutew były zgodne z wartościami katalogowymi lub nieznacznie odbiegały w goacuterę lub w doacuteł Świadczy to o tym że pracownicy starali się zachować prawidłowe parametry ogniw tnących Tak eksploatowane piły powinny zapewnić odpowiedni poziom wydajności i bezpieczeństwa pracy Tak jak w przypadku zakładu pierwszego roacutewnież tutaj dało się zauważyć roacuteżnice pomiędzy stroną prawą i lewą

Przeprowadzona analiza statystyczna dla wszystkich pił wykazała że w 68 roacuteżnice pomiędzy ogniwami prawymi a lewymi są istotne

Na rysunku 3 przedstawione zostały wartości kąta nachylenia ostrza poziomego ogniwa tnącego w poszczegoacutelnych piłach Zgodnie z instrukcją obsługi kąt ten w zależności od zastosowanej piły marki Oregon dla

standardowych pił zwiera się najczęściej w przedziale 25-30 w stosunku do prostopadłej płaszczyzny prowadnicy ndash w przypadku niniejszych badań ze względu na możliwości pomiarowe podawana jest wartość kąta jako

uzupełnienie do 90 Tak więc mierzony kąt nachylenia ostrza poziomego

powinien zawierać się w granicach 60-65

131

Kat zaostrzenia P

Kat zaostrzenia L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

40

45

50

55

60

65

70

75

80

t [o

]

Rysunek 3 Kąt nachylenia ostrza poziomego ogniw tnących prawych (P)

i lewych (L)

Spośroacuted badanych pił tylko 7 spełniło ten warunek dla ogniw prawych i lewych oraz 3 dla ogniw lewych i 1 dla ogniw prawych Pozostałe piły

miały w większości kąt mniejszy niż 60 co mogło wpływać na zwiększenie wydajności skrawania

W przypadku pił z zakładu nr 2 w 10 na 15 przypadkoacutew ogniwa lewe mają większy kąt zaostrzenia niż ogniwa prawe Może świadczyć o tym iż operator dokonujący ostrzenia pił nie używał dodatkowych przyrządoacutew pozwalających na zachowanie kąta Takiej zależności nie można stwierdzić dla zakładu nr 1 oraz dla ZML Może to wynikać ze zbyt małej proacuteby

Analizując wszystkie przypadki w 5 piłach roacuteżnice między katem nachylenia ostrza poziomego lewych i prawych ogniw były znaczne ndash

wynosiły ok 10 a w przypadku piły nr 15 roacuteżnica wynosiła 16

Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała że w 65 przypadkoacutew roacuteżnica pomiędzy kontem nachylenia ostrza poziomego ogniw prawych i lewych jest istotna

PODSUMOWANIE

Podsumowując należy przyznać że pilarze zajmujący się obsługą pił nie są w stanie zachować jednakowych parametroacutew ogniw prawych i lewych wykorzystując tylko ostrzenie ręczne

132

W wielu przypadkach pilarze zapewne celowo obniżają ogranicznik posuwu dla uzyskania większej wydajności skrawania drewna Zgodnie z prowadzonymi wcześniej badaniami nie zawsze przynosi to zamierzone efekty a jednocześnie negatywnie wpływa na komfort i bezpieczeństwo pracy

W przypadku kąta nachylenia ostrza poziomego występują roacuteżnice między stroną prawą i lewą Z reguły powstają one w wyniku ostrzenia bez wykorzystywania prowadnikoacutew ułatwiających utrzymanie kąta

Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi pił łańcuchowych należy używać szlifierki w celu wyroacutewnania wszystkich ogniw

Aby stwierdzić czy występują zależności w niedokładnościach ostrzenia między pilarzami i Zakładami Usług Leśnych należy przeprowadzić dalsze badania zwiększająca proacutebę poddawaną analizie

LITERATURA

1 Bieńkowski J bdquoWpływ stępienia ostrzy tnących na opory i wydajność skrawania piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr 12 1993

2 Botwin J Botwin M bdquoMaszynoznawstwo leśnerdquo PWRiL Warszawa 1979

3 Ciesielczuk P bdquoWpływ podziałki zęboacutew na tnących piły łańcuchowej na wskaźniki piłowania drewnardquo Praca doktorska SGGW Warszawa 1973

4 Gendek A bdquoWpływ parametroacutew sprzęgła na wydajność skrawania drewna pilarką spalinowąrdquo Praca doktorska SGGW Warszawa 2005

5 Goacuterski J bdquoOddziaływanie ogranicznika posuwu ogniwa tnącego na drewno w czasie skrawaniardquo Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 1 Warszawa 1996b

6 Łukomski Ł Praca doktorska bdquoBadanie mechaniki piłowania drewna piłami żłobikowymirdquo SGGW Warszawa 1977

7 Maciak A bdquoEffect of wear of saw chain cutters on the rate of wood cuttingrdquo Annals of Warsaw Agrikultural Uniwersity No 36

8 Maciak A bdquoBadanie oporoacutew i wydajności skrawania drewna bukowego łańcuchową piłą żłobikowąrdquo PTRiL nr 5 Warszawa 1994

9 Maciak A bdquoWpływ geometrii ostrza żłobikowego na jego obciążenie podczas skrawania drewna sosnowegordquo PTRiL nr 5 Warszawa 1998

10 Maciak A bdquoWpływ kąta pochylenia poziomej krawędzi tnącej ogniwa piły łańcuchowej na uzyskiwane efekty piłowaniardquo III Konferencja Naukowa bdquoOrganizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwierdquo Warszawa 2003

11 Więsik J bdquoPilarki przenośne budowa i eksploatacjardquo Warszawa 2005

133

12 Więsik J bdquoModel symulacyjny procesu skrawania drewna piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr10 1994

134

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of electrical supply by prof V Sinkova(Ukraine)

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator

ABSTRACT

The results of the development of construction three-phase permanent magnet linear generator and of its experimental research using a special stand which allowed to analyze the energy parameters of the generator

INTRODUCTION

At present one of the important subjects of research leading scientific institutions in the world is linear electric machines as is the possibility of their wide using in various settings of traditional and new systems Major new technical solutions that describe promising settings for the implementation of linear generators such as diesel generator sets [1] electrical power conversion system vibration waves into electricity [2] combined electric water suplying wind installations [3] and others Effective use of such electric power generators complex linear reciprocating motion can be provided them rational geometric dimensions that allow for sufficient energy performance at minimal volume Especially important for the development of new processing plants based on the conditions of economic feasibility and environmental safety is the use of alternative energy sources rather than internal combustion engines Thus the development and research of linear generator as a device for generating electric power plants that use renewable energy sources is important

GOAL

The purpose of this paper is the rise of energy performance of three-phase permanent magnet linear generator design data by developing and conducting the experiments

ARCHITECTURE OF THREE-PHASE

PERMANENT MAGNET LINEAR GENERATOR

In the baseline version of three-phase permanent magnet linear generator selected generator [4] is designed to convert mechanical energy of reciprocating motion combined electric water suplying wind installations into electrical energy Designs three-phasepermanent magnet linear generator

135

is in Fig1a In the complement of linear electric generator enter not ferromagnetic core 1 ferromagnetic elements 2 permanent magnets from the alloy of NdFeB 3 stator with electric coil 4 material is not ferromagnetic 5 Electric coil (phase A B C) form the stator three-phase system each placed in a closed magnetic cores 4 is divided ferromagnetic material 5 at a certain distance and the axial length of the ferromagnetic elements of the arm is equal to the width of the stator pole shoes and the distance between the poles each phase of the stator - the width of the permanent magnet each generator phase shifted with respect to another at

a distance of 3 + 3

1length of ferromagnetic elements and 3 +

2

1 length

magnets The disadvantage of this generator is increased consumption of materials Is caused by the fact that the magnetic elements have equal thickness throughout its length The aforesaid leads to undue stress in the understatement of the magnetic elements of magnetic remote from the active surface In addition the magnetic stator windings coverage on all their external surfaces leads to maximum dissipation of magnetic flux This negatively affects on the electric power rates

a b c

Fig 1 Sketch design of three-phase permanent magnet linear generator a - linear generator (basic version) b - linear generator (developed)

c - linear generator stator (developed)

OPTIMIZATION OF STATOR LINEAR GENERATOR

To increase electric power rates is possible by improving the design of the stator magnetic core and reduction of material inputs

Sketch of the proposed construction of a linear generator in Fig1b Compared with the basic version of Fig1a stator magnet linear generator differs presence of such features magnetic wire designed as a star a star has a multibeam type star-rays come from active surface coil rays directed from the active surface of the radius the total area of cross-sectional area are not less than beams magnetic core diameter of boring ratio of total

136

basal area of beams and square magnetic core diameter of boring at the same distance from an arbitrary start the rays

Description of proposed design features explained in Fig 1b Stator of magnet linear generator consists of a set of modules 6 successively established along the longitudinal axis and distant from each other nonmagnetic elements 7 Stator has an internal active surface 8 Module 6 has a winding 9 covered by magnetic wire 10 For ease of installation winding 9 magnetic wire 10 of module 6 along the longitudinal axis stator connectors should comply with two parts 11 and 12 From the technological point of view of 11 and 12 module 6 should be equal Magnetic wire 10 is designed as a multibeam stars 13 14 rays which leave the active surface 8 to the radius to it Thus the total area of cross beams on A - A on an arbitrary distance l from the beginning not less active in the area of magnetic core diameter Da boring

n times S ge Sа

where n - number of rays S - section area of the beam mm Sa - active magnetic area on the boring diameter mm

Thus due to implementation magnetic core in a multibeam star magnetic materials consumption is significantly reduced as not all of its volume filled with ferromagnetic material the presence of such zones significantly reduces the dissipation of magnetic flux which increases energy performance of a linear electric generator stator

According to the sketch of Fig 1b magnetic cores manufactured in Fig 2 and the electric coil Fig 3 which have become integral parts of the developed laboratory model of cylindrical three-phase permanent magnet linear generator Fig 4 and 5

a b c

Fig 2 Core of magnetic wire a b - are the modules core of magnetic wire c - is magnetic wire in the collected kind for one phase

137

a b

Fig 3 Electric coils a - is an electric coil b - an electric coil is set in the module of magnetic wire

Fig 4 Laboratory standard three-phase permanent magnet lineargenerator

Fig 5 Mobile magnetic system (inductor)

ARCHITECTURE OF SPECIALIZED STAND

In connection with absence of mass production of stands for realization of researches of linear generators the mobile element of which executes the recurrently-forward moving for a construction the sketch of specialized stand [5] On this stand it is possible to test linear electric machines both in the motive and in generator modes the mobile element of which executes the recurrently-forward moving Especially it touches experimental researches of linear electric machines with the small size of motion and variable frequency of recurrently-forward motion Thus during the small segment of motion and time it is necessary to execute the acceleration of

138

mobile element motion with permanent speed braking revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-east

The sketch of construction of specialized stand for experimental researches of linear generator at placing of mobile element in a midposition is represented on Fig 6

a b

Fig 6 Sketch of construction of specializedstand for experimental researches of linear generator a - is a frontal kind b - is a type of A

A stand for experimental researches has a power frame 1 on which a proof-of-concept electro-magnetic linear generator is set 2 and circulating electric machine of direct-current 3 A stand is set on a laboratory table 4 laboratories of experimental researches On the shaft of the rotor rotary electric DC machine 3 mounted disk 6 (Fig7а) Disk 6 related to the mobile element 7 linear electric machine 2 by means of lever 8 (Fig 7b) Lever 8 on one end has a connecting element 9 and on the second - hob 10 Ability to rotate of connecting element 9 provided due to bearing 11 hardly mounted on its surface and set in the holder of a 12 lever 8 Connecting element 9 of a lever 8 constrained by means of screw-thread connection with a disk 6 Hob 10 of a lever 8 connected with a roller mechanism 13 set on a mobile element 7 linear electric machine 2 Copulas of mobile

139

element 7 roller mechanism 13 of a hob 10 provided due to an axis 14 Roller mechanism 13 has the opportunity to move in sending 15 Planes of rolling 16 sending 15 placed in parallel to longitudinal wasp 17 linear electric machine 2 that is why and roller mechanism 13 moves during a longitudinal axis 17

a b

Fig 7 Disk (а) and lever (b) of crank-type-piston-rod mechanism

Disk 6 has a row of opening 18 for connection with the connecting element 9 of a lever 8 Opening 18 placed on different distance from the center of disk 6 On Fig7а distances from a center are represented as R1 R2 R3 Thus distance from the center of disk to the center of opening equal to the half of necessary at researches motion of mobile element 7

Thus due to implementation of stand in the offered kind possible test of linear electric generators of recurrently-forward motion here the size of motion of mobile element is set by distance from the center of disk to the center of opening on a disk and frequency of moving is regulated by speed of rotation of rotor of electric machine of direct-current

On Fig 8 shows a general view of the special stand built for experimental research under the thumbnail Fig 6 comprising a DC motor control system 2 crank-crank mechanism 3 frame 4 for installation of electric drive and investigated linear generator gauges 5 and the electrical load 6 Three-phase resistive load is three rheostats type RSP-2U3 (TU 16527197-79) to draw up to 1 A range of changes in load resistance 0 170 Ohm

140

Fig 8 A general view of stand for experimental researches three-phase electro-magnetic linear generator with the connected loading

and measuring devices

RESULTS

Defined dimensions and the electric parameters of three-phase permanent magnet linear generator are given in a tabular kind

Table 1Weight of basic sites and elements of linear generator

пп

Name of elements Weight

kg Quantity

Total weight

kg

1 Mobile magnetic system 416 1 416

2 Core to magnetic wire 271 6 1626

3 Coil (a puttee wire Oslash is a 09 mm of brand of ПЭТ-155 by an area to the cut of 0635 mm

2 number of winding - 1300)

2555 3 7665

4 Corps 1673 1 1673

5 Other elements 1185

Gross weight of generator 4600

Measuring of resistance of coil linear generator is conducted to the direct current with the use of method of voltmeter and ammeter Such requirements were thus observed a voltmeter joined the outputs of puttee directly an amount of disconnecting contacts in a chart was minimum the source of direct-current was a storage battery of 5NK125 the shows of devices were removed simultaneously measuring of pure resistance was conducted at an ambient temperature - 28 0С at duration of measuring of not more than 1 minute at what the temperature of coil differed from an ambient temperature no more than on 3 0С The results of measuring are added to the table 2

2 1

4

6

5

3

141

Table 2Pure resistance of coils linear generator

Measuring chain Shows of devices Certain

resistance Ohm U B I A

Phase A С1-С4 68 0583 1166

Phase B С2-С5 68 058 1171

Phase С С3-С6 68 0579 1173

Measuring of inductance of electric coils with magnetic wire from ferromagnetic material is conducted for terms analogical to the operating condition as inductance of such coils depends both on the size of current and from frequency For realization of measuring the method of measuring of inductance is used by means of ammeter voltmeter and wattmeter at a feed from tension of industrial frequency The results of measuring are added to the table 3

Table 3Inductance of electric coil linear generator

Own inductance ofcoil without ferromagnetic core

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance L0 H P W U B I A

156 570 115 118 4813 0153

Inductance of coil from core magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance LМ H P W U B I A

1142 570 0306 122 18587 0592

Inductance ofcoil is with magnetic wire and coinciding of poles of the mobile magnetic system with extremities to magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Ld H P W U B I A

0509 570 0205 1211 2778 0885

Inductance of coils with magnetic wire at being of intervals between the poles of the mobile magnetic system symmetric between extremities to

magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Lq H P W U B I A

078 570 0255 120 22302 071

As a result of the conducted experiment for mechanical frequency of vibrations of the mobile magnetic system (inductor) of fr = 5 Hz with amplitude even to the half of pole step of linear generator and by resistance of loading in every phase of Rн = 35 Ohm an oscillograph is remove the form of curves of phase tension and current (Fig 9) For phase tension on-

142

loading UАN = 20 B and UВN = UСN = 40 B accordingly the size of current arrives at 05 A and 1 A

Form of tension in the puttee of phase A close to the sinewave A characteristic feature for this case is that electric frequency of tension of

phase A equal to the doubled mechanical frequency 10f2f re Hz It is

caused by that in times of one period of mechanical vibrations of inductor

rr fT 1 size of magnetic thread coupled with the puttee of stator

consistently passes for this time twice repeats the same values that results in doubling of electric frequency of tension (in relation to mechanical frequency of vibrations of inductor)

Tension in windings of phases B and С is characterized by electric frequency equal to mechanical frequency of vibrations of inductor -

5 re ff Hz and characterized by a change in space on a size 3

2and

3

4 in relation to a phase A accordingly Equality of frequencies for this

case is conditioned by a that circumstance that the period of change of

thread is equal to the period of mechanical vibrations of inductor rr fT 1

a b

Fig 9 Form of phase tension (а) and current (b) a three-phasepermanent magnet linear generator

143

Also it costs to notice that in the case of three-phase implementation of permanent magnet linear generator except for the difference of electric frequencies the presence of harmonic constituents takes place in every phase

CONCLUSIONS

1 The increase of power indexes of cylindrical three-phase permanent

magnet linear generator is possible due to implementation to magnetic

wire as a multibeam star which considerably diminishes to decrease in

the amount of material magnetic wire so however all its volume is filled

by ferromagnetic material and the presence of such areas diminishes

dispersion of magnetic thread considerably

2 Experimental research of linear electric generator needs drive

mechanism able to give to the mobile element (to the inductor) of the

recurrently-forward moving with the small size of motion and variable

frequency of recurrently-forward motion The use of specialized stand

allows during the small segment of motion and time to execute the

acceleration of mobile element motion with permanent speed braking

revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-

east

3 Implementation of electro-magnetic linear generator in the three-phase

system is characterized by the difference of electric frequencies and

presence of harmonic constituents in every phase thus electric

frequency of tension of phase A equal to the doubled mechanical

frequency re ff 2 and tension in coils of phases B and С is

characterized by electric frequency that equal to mechanical frequency

of vibrations of inductor re ff

4 It is recommended to use generate permanent magnet linear

generators electric energy for the feed of electro-consumers not

whimsical to quality of electric energy or charging of storage batteries

with next transformation to the pressure inverter with necessary

parameters for the feed of electro-consumers

REFERENCES

1 The linear petrol generator (diesel engine-generator) [Elektronny

resource] JG Skoromets Advertizing-information magazine

laquoElectrotechnical marketraquo ndash 2008 ndash 5(23) ndash 15 pages ndash Access

144

mode to magazine httpmarketelecrunomer22linejnyj-

benzogenerator-dizel-generator

2 M Leijon O Danielsson M Eriksson K Thorburn H Bernhoff J

Isberg J Sundberg I Ivanova E Sjőstedt O Aringgren KE Karlsson

A Wolfbrandt An electrical approach to wave energy conversion

Elsevier Ltd Renewable Energy 31 (2006) 1309ndash1319

3 The analysis of balance of power of thewind power system with

combined electricity supply and water pumping[Elektronny resource]

VV Kozyrsky VV Vasilenko AV Petrenko Scientific reports of

NUBiP Ukraine ndash 2009 ndash 1(13) ndash С15 ndash Access mode to

magazine httpndnauueduua

4 Patent UA 41883 IPC (2009) H02K 3500 Permanent magnet

linear generator VV Grebenikov AV Petrenko Published

10062009 The bulletin 11

5 PatentUA 50161 IPC (2009) G01R 3134 Н02К 41025 The stand

for research of the linear electric machine VA Barabash MV

Bogaenko VV Kaplun VV Kozyrsky AV Petrenko VS Popkov

NUBiP Ukraine Published 25052010 The bulletin 10

145

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L

Kiev National Economic University named by VHetrsquoman (Ukraine)

LaRouche movement (USA) Kiev National Economic University named by V Hetrsquoman(Ukraine)

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory

SUMMARY

So the problem of creating energy budget of each territory is exists And S Podolynsrsquoky proposed a method in which we can easily create energy budget and use this energy without any harm for nature Problem of using or not using alternative sources of energy should be solved by humanity in the way of rightly using alternative sources of energy Thus we should create energy budget of territory and widely use it

INTRODUCTION

Today from our point of view due to some problems of energy such as environmental it is important analyze so-called energy budget of territory Because we do not have well-established scholars over Ukraines energy strategy including appropriate plant operation development of alternative energy sources including prospects to develop agriculture Study of Scientific Heritage S Podolynsrsquoky allows him to consider approaches to improve the concept of our country in particular energy budget of its territory

MATERIALS AND METHODS

At a time when the linear model of aggressive economic growth seen in the coordinates of human - society human - environment we received a number of natural disasters shortage of natural resources and the devaluation of financial unit as a market regulator

146

Scientific achievements S Podolynsrsquoky carried out on the edge of natural and social sciences He was the first who combinated the physical processes with economical methodologically demonstrated need of the synthesis of natural and cost parameters store solar energy in the process of economic activity So today we must apply a macroeconomic approach which would be focused on adequate outcomes of natural systems [1] which consider the components of the system human - society - ecology in reciprocal communication Only in such coordinates can find an optimal solution and for the further development of humanity - to ensure sustainable development (Fig 1)

Fig 1 ndash Model of sustainable development

Difficulty links between different components of this system does not permit today to build such a conceptual model of it that would adequately describe the interaction between its components and the environment Such model should meet the requirements of structural dynamic and information completeness In such cases carry out decomposition of the system understanding under this procedure - the selection and examination of all major subsystems that affect the ultimate goal of the system It is possible on the basis of deductive approachUsing elements of deductive approach the energy budget of any territory can be presented in the scheme (Fig 2)

Sustainabledevelopment

147

Fig 2 ndash Scheme of the ldquoEnergy budget of territoryrdquo

In terms of system analysis of this structure can be classified as

open system where matter and energy are transformated

system is not homogeneous as its structure can be distinguished as the set of subsystems

a system in which signs of the product (quantity quality etc) make it

difficult to determine its value

148

RESULTS AND DISCUSSIONS

A key element of the studied system is energy On the one hand it is one of the basic properties of matter the total measure of all forms of movement on the other - the ability to perform some work or the source of the force which will perform the work Hence the energy in general we understand the ability to develop force At the same time converting and makes energy conservation work this leads to its accumulation at the disposal of mankind The role of energy conservation law in society and the impact of people on the transformation of energy on Earth showed S Podolynsrsquoky [2] He gave an analysis and classification of types and sources of energy available to mankind at that time This - solar energy (radiation photosynthesis wind falling water) energy of Earths rotation (inflows) accumulated on the Earth Solar energy (coal oil) Movement and transformation of matter and energy in the ecosystem is shown in Fig 3

149

Fig 3 ndash Scheme of movement and transformation of matter and energy in ecosystems

Sun continues to offer us a huge amount of non converted energy and its stock is still very large But it does not run that the distribution of energy on the Earths surface would be most beneficial to human life [2 p211] Possibility of the better distribution of the energy - to some extent ndash is in the hands of the person

Quantitative characteristic in this case is ldquoenergy capacityrdquo - the property system to perceive process absorb and transport the external energy and give it away outside the system This property is closely linked to productivity as evidenced by the last unit of measure - the mass or amount of energy that is concentrated in the mass In a mass of different substances are different amounts of concentrated energy Types of energy and their characteristics are presented in Table 1

Table 1 Types of energy and their characteristics

Types of energy

Characteristics

Internal energy Energy system which depends on the internal state of the system (it includes all forms of energy system components)

Mechanical energy

The energy of mechanical motion and interaction of bodies or their parts (energy magnetic field - magnetic energy electromagnetic energy fields - electromagnetic energy energy of moving particles - the kinetic energy energy particles fixed in a gravitational field - potential energy energy of the atomic nucleus - nuclear energy)

Heating energy Level or change the thermal state (heat) system (the body) during the process

Electric energy The energy of interaction and motion of electric charges

Investigating energy S Podolynsrsquoky proceeded from the fact that the amount of energy is a universal value that is unchanged But in some parts of Earth it is distributed unevenly causing widespread tendency to counterbalance it and the gradual dissipation Regarding energy as global figure S Podolynsrsquoky showed persons ability to influence on its movement and accumulation

Natural system receive external energy from the sun which emits gamma spectra of complex rays in a wide range of wavelengths - from 01 to 3000 nm (Table 2)

150

Table 2 Characteristics of the energy Earth receives from the Sun

Spectrum Rays Wavelength nm

The fate of energy

Appointment power

Infrared (invisible) 800 ndash 1100 The existence of purple and green bacterias

Infrared gt 800 49 ndash 84

Light (visible) 380 ndash 800 16 ndash 45

380 ndash 710 Photosynthesis active part of the visible radiation to green plants

Ultraviolet lt 380 4 ndash 5

UV (long-wave) 290 ndash 380 Reach the surface of the Earth

UV(shortwave) Absorbed by the ozone layer of the atmosphere detrimental for everything

250 ndash 300 Rays have a powerful bactericidal effect in small doses are useful

Conservation and energy conversion based on the equation of energy balance Human play the role of the transformer obtained from the Sun to give energy work Structures which was built on Earth have a high price because of work because they spent lots of solar energy Podolynsrsquoky never minimalize role of socially useful work he was more interested in the accumulation of living matter on the planet - or more simply organic matter begotten by the Sun as a precondition for any work and most earthly wealth - absolute capital

Podolynsrsquoky showed that human labor is useful mainly agriculture reducing the scattering of solar energy increases its fate which piled on the Earths surface in the form of transformed energy Also S Podolynsrsquoky made definition for the concept useful work it is all mechanical and mental consumption of human and animal which increasing budget of transformed energy on the earths surface [2 p 281]

It is distinguished two aspects of energy physical and social [3 p 247]

Physical - is to reduce all forms of energy dissipation through the rational use of energy accumulated on the Earth

Social - is to save energy (wealth) between generations In relation to the whole generation it has an integral character

151

Exploring the system in general S Podolynsrsquoky in the work of man and its relation to energy distribution [2 p 281-282] summarizes the components of energy budget areas

The total amount of energy derived Earths surface gradually decreasing but also its accumulation at the disposal of mankind under the influence of increased labor rights and pets

Perfect machine is humanity with all its economy (fields droves machines etc) Productivity increases human consumption of this work on the transformation of higher energies into the higher (production of machines etc)

Use of solar energy as an engine and direct preparation of nutrients from inorganic materials is fundamental to the continuation of the most advantageous energy storage on the Earth

Actions that result in the phenomenon the opposite of work is theft (scattering embezzlement) power of humanity in particular - the war an arbitrary limit of population production of luxury goods and unproductive consumption Instead improvement of human life quantitatively increases the energy budget of each individual

Several types of energy in one area can change one kind to another it should be viewed with exergety position [6] such as

considering the field of environment and their impact on processes of energy conversion

preventing the possibility of an equilibrium system and the environment

In this case the maximum work that can be executed from a given quantity of heat is determined by Carnot

- ambient temperature К

- temperature of the source К

CONCLUSIONS

Thus we can build energy model of our civilization in the form in which it exists in a living reality It should be remembered that the main purpose of humanity should be an absolute increase in energy budget The only limit best possible accumulation of energy on Earth is only the absolute amount of energy from the sun and organic materials that are on earth [4 p 178]

152

REFERENCES

1 GRYNIVL 2009 Development of physical economy new problems

and models Scientific Annals of Kyiv NationalEconomic University

Physicaleconomy researchmethodologyandglobalmissionofUkraine

178-187

2 PODOLYNSrsquoKYS 2000 Works are chosen Кyiv ndash 328 p

3 MAXYMYUKV 2009 Dualism is in a physical economy Scientific

Annals of Kyiv NationalEconomic University Physicaleconomy

researchmethodologyandglobalmissionofUkraine 244-253

4 PODOLYNSrsquoKYS 1990 Works are chosen Montreal ndash 208 p

5 RUDENKOM 2005 Energy of progress Essays are from a physical

economy Тernopilrsquo ndash 412 p

6 DOLINSKI A BRODYANSKI V 1991 Exergyty calculations of the

technical systems Certificate manual Кyiv ndash 360 p

153

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov (Slovak Republic)

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting

INTRODUCTION

Milling is the basic machining process where the surface is created in a progressive removal of material It is operation with interrupted cut where tool performs a rotational movement and workpiece performs a sliding movement Rotational movement of the cutting edge removes material of varying thickness At each turn teeth tool enter and leave from the workpiece [6] each tooth removes a certain amount of material

We know the climb and conventional milling where is a different direction of movement of the cutting velocity vector [3] respectively there is a different direction of feed of the workpiece in the direction of rotation of the milling cutter in the cutting area More attention in this paper will be devoted to climb milling The climb milling is when the direction of feed of the workpiece in the cutting area is consistent with the direction of rotation of the milling cutter (Fig 1) Chip thickness is the greatest at the beginning of machining and toward the end it drops to zero Cutting edge enters the workpiece suddenly and it starts working great thickness of chip This leads to shock loads of cutting edge but there is not sliding effect as in conventional milling There is also developed less heat and the minimum is also proneness to hardening of the workpiece material for cold Great chip thickness is showed positively and the chips sometimes weld on or stick to the cutting edge during machining and it remains so until such work blade [2]

Fig 1 Scheme of climb milling [1]

154

Climb milling is preferred in practise if it allows machine clamping and workpiece [2] The main advantages are efficient cutting longer tool life better quality finishing of surfaces particularly with stainless steel aluminium or titanium alloys However there is a risk of damaging the tool because there is shock load of cutting edge

Chip formation in milling has special significance Correct determination of the value of chip thickness leads to the achievement of good performance of machining and durability of cutting edge tool [2] The monitoring of the chips obtained in milling can provide important information Chip in milling has helical shape and length of chip is limited to a length of the arc cut in the material The final shape of the chip can be controlled by control of cutting conditions for milling operations For example [6]

Chip width depends on the depth of cut and the longest chip is achieved at milling grooves

The length of chip depends on the cut width and tool diameter ndash larger tool diameter means longer chip

Chip thickness is proportional to the feed per tooth with a cut width

Chips obtained in the milling should be regular and they should have the same color

If cooling is used in milling there should not be observed thermal effects on chip

It is important that the chip does not remain in the cut area If there are chips irregular or needle-like or there are different colored chips it means that the cutting conditions are not appropriately chosen or cooling is not efficient or there are vibrations or the tool cutting edge is worn [6]

The mean chip thickness

While micro viewing at the milling encounter with ldquothe minimum chip thicknessrdquo ie depth of cut and feed are very small (in terms of cutting edge radius or smaller) and no chip is formed [5] so in macro viewing at the milling encounter with ldquothe mean chip thicknessrdquo Maximum chip thickness hmax should be examined together with the setting angle of the main cutting edge in order to ensure satisfactory coverage tool and to avoid overloading the cutting edge Chip thickness in milling is a variable [4] and provides very complicated For this reason in many views it is more advantageous to work with medium chip thickness hm (Fig 2) [2]

Fig 2 Chip thickness in milling [2]

155

In plane milling with side and face milling cutter is the mean chip thickness calculated using a relatively simple formula (1) [6] According to the machining method formula includes the values feed per tooth cutting depth and width of cut The determining factor is also the diameter of milling cutter it affects the contact angle φ cutting edge milling cutter with workpiece Chip thickness also affects the setting angle of the main cutting edge [2]

(1)

where fz feed per tooth [mm] ae radial depth of cut [mm]

D diameter of milling cutter [mm]

hm the mean chip thickness [mm]

Machinability according to shape of chip [3]

Current approaches for assessing of materials machinability are different and have significant benefits In a general sense machinability should be understood as a qualitative condition of the material in the way of his character falls to affect the cutting tool According to machinability is considered the appropriateness of material for the chosen mode production in theprescribedapplication ofqualitativeandeconomic requirements In practical view the distinction relative machinability is related to the base ndash a reference material In order to machinability knowledge of practical use the materials should be formally included in the classes and groups according to proportional machinability to the reference material

Machinability degree the material is the ratio of the cost of producing the same part of the reference material on the same cutting conditions using the same production equipments the same tools and under the same requirements for quality and precision of machined surfaces

Material has better machinability what it is

higher cutting speed in the tool life

less loading the tool cutting forces

achieved less value Rz or Ra and higher precision machined surfaces

more crumbled chips (smaller volume coefficient of the chips w)

lower temperature of the cutting These criterions are often in contradiction Therefore in the fixed conditions is preferred that which is important in view of machining result For example in roughing it is important kinetic and dynamic machinability in finishing it is micro geometric machinability

156

Machinability of materials according to shape of chip is used in the assessment of tough materials where chip is important for the course of technological process The shape of chip can be evaluated for example radius of curvature rt or volume coefficient of the chips w [2]

(2)

where Ktt machinability according to shape of chip

rte radius of chip curvature reference material [mm]

rt1 radius of chip curvature examined material [mm]

we volume of chips obtained during the machining of reference material [mm3]

w1 volume of chips obtained during the machining of examined material [mm3]

Concurrently used tool geometry and cutting conditions affect for both the criterion

CONDITIONS FOR OBSERVATION OF CHIP FORMATION

Milling was realized on a vertical milling machine Avia (FOP) with short slot milling cutter Monolith cutter was used to smooth cylindrical shank with diameter 6 mm with two teeth made of HSS Co8 without coating (Fig 3) The cutting material is a high performance steel with good toughness and excellent thermal resistance Particularly suitable for machining high strength materials austenitic steels steels for hot forming etc

Fig 3 Milling cutter

Helix angle λ was 25deg and rake angle γ was 12deg the magnitude of the helix angle from 25deg to 35degis a basic choice for roughing and finishing of all materials The advantage is versatility with a good balance of cutting forces and the disadvantage is that this is not always productive [5]

At one milling cutter was applied coating AlTiN (monolayer) with thickness 1-3 μm with anthracite colouring Thermal resistance of this coating is 800 degC the friction coefficient against steel in dry conditions is 07 and the key properties of this coating are its high hardness and excellent oxidation resistance

Chip formation was observed on three different materials For carbon steel EN C45 with a carbon content C = 042 to 050 often used as reference

157

material Other materials were manganese-chrome steel EN 16MnCr5 with a carbon content C = 014 ndash 019 and chromium ndash nickel steel EN X5CrNi18-10 with a carbon content C = 0029 Depth of cut ap was 1 mm and feed per tooth was 0022 mm as shown in the scheme of machining (Fig 4)

Fig 4 Diagram of machining

RESULTS

From the milling of materials different speeds were selected representative sample of chips from each group (Tab 1) It is possible to suppose that the length of chip is the same because length of chip depends on the width of cut and tool diameter in milling and the present experiment different materials were machined with the same tool geometry and made from the same material Therefore attention will be given chip thickness and its radius of curvature ie shape of chip

158

Tab 1 Frames of chips at 50 times magnification

Material n1 = 224 otmin-1

vc1 = 4 mmin-1

n2 = 450 otmin-1

vc2 = 8 mmin-1

n3 = 900 otmin-1

vc3 = 16 mmin-1

EN C45

EN 16MnCr5

EN X5CrNi18

-10

As already mentioned above milling is a typical method of machining where there is a change in cross ndash chip during machining ie the chip thickness is not constant throughout a whole mesh The maximum chip thickness is equal to the feed per tooth hmax = fz = 0022 mm It is preferable to work the mean chip thickness hm equal to 00087 mm according to the formula (1) see Fig 4

On the basis of formula (2) ie by comparing the radius of chip curvature at different materials under the same conditions of machining it is possible to assess the machinability The spiral chip can be evaluated radius of chip curvature according to formula (3)

159

(3)

Before substituting into the formula it is important to choose a reference material which would show optimum machinability according to the radius of chip curvature It would then be possible to sort materials into groups machinability by virtue of the reference material In this case there will be compared machinability of three materials using formula (2) where as reference material was selected carbon steel EN C45

By comparing each radius of chip curvature at cutting speed of 4 mmin-1 that is almost equal Substituting into formula (2)

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

As is evident from the calculations machinability according to shape of chip at cutting speed 4 mmin-1 is almost the same and equal to one This means that machinability of both materials is good at the speed 4 mmin-1 if chosen reference material real corresponds with optimal machinability according to shape of chip If machinability according to shape of chip Ktt is closer to the one then machinability is better at the conditions of machining In examining materials machinability according to shape of chip at cutting speed of 8 mmin-1 there are observed differences in the radius of chip curvature

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

From these calculations i tis possible to conclude that material EN 16MnCr5 has better machinability than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed 8 mmin-1 because 0839 is closer to one whole Machinability according to shape of chip was solved by analogy at cutting speed of 16 mmin-1 but the first there was designated the mean radius of chip because of spiral character creating chips For material EN 16MnCr5 is Ktt = 116 and for material EN X5CrNi18-10 is Ktt = 066 So material EN 16MnCr5 has better machinability according to shape of chip than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed of 16 mmin-1 as well

This argument can also be compared on the basis of material content of chemical elements which also affect the machinability of the material Chemical elements in these materials which the most affect machinability is shown in Table 2 (Tab 2)

160

Tab 2 Chemical elements affecting the machinability of materials

Material C Mn P Cr

EN C45 042 ndash 050 050 ndash 080 004 max 025

EN 16MnCr5 014 ndash 019 110 ndash 140 0035 080 ndash 110

EN X5CrNi18-10

0029 187 003 1826

Hardness of the steel increases with carbon content similar machinability decreases if carbon content increases The impact of individual elements in steel on its relative machinability [3]

C ndash Increasing the carbon content leads to deterioration by the dynamic and kinetic machinability (increases strength and hardness of steel) In finishing where it depends on the quality of machined surfaces higher carbon content improves micro geometry machinability

Mn ndash The effect manganese is bound to carbon content With the increase of manganese content is aggravated by the kinetic and dynamic machinability However with the increase manganese content micro geometry machinability improves

P ndash Phosphorus reduces the plasticity of steel already at content an 01 significantly improves the machinability and supports breaking chips

Cr ndash With more content increases the strength and toughness of steel it deals to deterioration by the dynamic and kinetic machinability but it improves micro geometry machinability

CONCLUSION

Milling is one of the basic methods of machining where material is removed interrupted cut A characteristic feature of this operation is that the removed material does not have a constant section ie the observed chip thickness is variable value That is why the mean chip thickness hm was determined From groups of chips which were obtained in milling at given cutting speed were chosen representative samples There was noted the radius of chip curvature under 50 times magnification However it has to be taken into account the inaccuracy of this method because the chip thickness is not constant and there is some distortion The selection the reference material was assumed that material EN C45 has optimal machinability and was chosen as the reference material All three materials have good machinability according to shape of chip at cutting speed of 4 mmin-1 When increasing the cutting speed there was observed the first changes and material EN 16MnCr5 has better machinability than material

161

EN X5CrNi18-10 Machinability according to shape of chip was also confirmed by machinability according to content of chemical elements in the material According to the carbon content could be said that the material EN 16MnCr5 has the best machinability but the chromium content makes the material tougher and so makes its kinetic and dynamic machinability worse Since corrosion resistant steel EN X5CrNi18-10 has the largest chromium content ie is tough and therefore has worse kinetic and dynamic machinability than previous materials If the goal was to get a good surface quality would be material EN X5CrNi18-10 in the first place thanks to the highest manganese content Machining was recorded using high speed camera Phantom For the records it was observed twisting of chip and their removal from the cutting zone Chips were twisted into certain radius but in machining stainless steel higher cutting speeds were the highest recorded value of the radius of chip curvature Observation of chip formation is more extended in turning than in milling However it is important to follow the features of various technological operations because each is different and brings a deeper understanding of relations of technological processes

REFERENCES

1 DeGarmo E P et al Materials and Processes in Manufacturing John Wiley amp Sons Inc New York 2003 ISBN 0-471-65653-4 s 1154

2 Sandvik Coromant Přiacuteručka obraacuteběniacute Scienta Praha 1977 ISBN 91-97-22-99-4-6 s 457

3 Vasilko K Teoacuteria a prax trieskoveacuteho obraacutebania Cofin Prešov 2009 ISBN 978-80-553-0152-5 s 530

4 KUŠNEROVAacute Milena et al Derivation and measurement of the velocity parameters of hydrodynamics oscillating system In Strojarstvo Journal for theory and application in mechanical engineering vol 50 no 6 (2008)p 375-379 ISSN 0562-1887

5 Ducobu F Filippi E Rivieacutere-Lorpheacutevre E Chip Formation and Minimum Chip Thickness in Micro-milling [cit 23122010] Dostupneacute na internete

lthttpwwwgeniemecafpmsacbeRechercheArticlesducob2009apdfgt

6 HSS Smart Guide 05 Milling [cit 1432010] Dostupneacute na internete lthttpwwwhssforumcomSmartGuideENhtmgt

The paper was created with the support of the Ministry of Education Science Research and Sport of the Slovak Republic through grant VEGA 1088510 and in cooperation with the Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering

162

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim

SUMMARY

Polish membership into the European Union has given great opportunities to use various forms of support and created new conditions for agricultural development Although the introduction of an attractive payment system under the agri-environmental program was implemented organic farms are still at margin We have seen almost double the number of organic farms (from 9187 to 17138 farms) between 2006 and 2009 but still they constitute a small proportion of the total number of farms overall

The aim of this study was to analyze the development of organic farms in the years 2006 - 2009 in Masovia using as an example of an organic farm in Jankowice and available literature Conducted a case study of an organic farm located in the province and then used the results as the basis for the SWOT analysis It was found that the development of organic farms are restricted by a lack of organization of the market for organic products in particular the lack of proper distribution systems advertising and promotion Organic farms seem to function mostly due to the subsidies received from the government than from the sales of organic products themselves

WSTĘP

Postępujące skażenie środowiska i żywności stanowi realne zagrożenie we wspoacutełczesnym świecie Za to skażenie odpowiedzialny jest nie tylko przemysł ale roacutewnież rolnictwo gdzie korzysta się z nawozoacutew sztucznych i toksycznych środkoacutew ochrony roślin W celu poprawy tej sytuacji dąży się do redukcji szkodliwych środkoacutew chemicznych i przejścia na organiczne metody uprawy

W wysoko rozwiniętych krajach rolnictwo tradycyjne przez masowe stosowanie przemysłowych środkoacutew produkcji (środki ochrony roślin nawozy mineralne itp) oraz postęp biologiczny (wydajne rasy zwierząt i wysoko plonujące odmiany roślin) osiągnęło wielki postęp produkcyjny co doprowadziło do szeregu ujemnych konsekwencji

następstwem nadprodukcji artykułoacutew żywnościowych jest spadek ich cen (poza ostatnim okresem wynikającym z następstw pogodowych i spekulacyjnych) i opłacalności produkcji

163

spadek zaufania konsumentoacutew do jakości żywności produkowanej intensywnymi metodami wynika z zagrożeń związanych ze skażeniem produktoacutew dioksynami czy BSE (zwaną potocznie bdquochorobą szalonych kroacutewrdquo)

postępująca degradacja środowiska wynikająca z nasilenia się niekorzystnego wpływu rolnictwa na środowisko naturalne (takiego jak spadek żyzności gleby zanieczyszczenie woacuted powierzchniowych i gruntowych)

W Polsce aby nie dopuścić tego rodzaju zjawisk społecznych i przyrodniczych zaistniała pilna potrzeba zmiany polityki rozwoju rolnictwa i obszaroacutew wiejskich Członkostwo Polski w Unii Europejskiej dało duże możliwości korzystania z roacuteżnych form wsparcia oraz stworzyło nowe warunki dla rozwoju rolnictwa Komisja Europejska zaproponowała strategiczne podejście ktoacutere znalazło swoje odbicie w Programie Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich (PROW) PROW jest dokumentem ktoacutery określa zakres i rodzaj wsparcia obszaroacutew wiejskich w Polsce Z uwagi na dobry stan środowiska przyrodniczego oraz znaczną roacuteżnorodność biologiczną Polski wprowadzono stosowne instrumenty wsparcia i motywacji dla producentoacutew rolnych ktoacutere sprzyjają utrzymaniu i poprawie stanu środowiska przyrodniczego W ramach Planu Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich producent rolny ktoacutery prowadzi gospodarstwo metodami ekologicznymi może otrzymać dotację do hektara upraw ekologicznych na podstawie wniosku o przyznanie płatności z tytułu wspierania przedsięwzięć rolno środowiskowych i poprawy dobrostanu zwierząt (w ramach pakietu Rolnictwoekologiczne) Rolnik ktoacutery posiada certyfikat bądź rolnik ktoacutery dopiero rozpoczął produkcję ekologiczną może ubiegać się o dofinansowanie

Jednakże Polska wciąż nie jest w czołoacutewce krajoacutew członkowskich UniiEuropejskiej a produkty rolnictwa ekologicznego wciąż stanowią margines ogoacutelnej produkcji rolnej Według stanu na dzień 31 grudnia 2009 roku w Polsce gospodarstwa o profilu ekologicznym prowadziło 17 091 rolnikoacutew co stanowiło zaledwie około 1 ogoacutelnej liczby gospodarstw rolnych

MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ

Badaniem objęto gospodarstwo ekologiczne w Jankowicach w powiecie radomskim w wojewoacutedztwie mazowieckim W przeprowadzonym badaniu posłużono się metodą studium przypadku (case study) przy użyciu kwestionariusza wywiadu ktoacutery stanowił podstawowe źroacutedło informacji do opisu i analizy gospodarstwa Jest to metoda oparta na szczegoacutełowym opisaniu określonego przypadku ktoacuterego analiza kończy diagnozę wnioskiem Studium przypadku pozwala spojrzeć na problemy w obszerniejszym kontekście i tworzyć alternatywne rozwiązania jednak nie może stanowić podstawy do uogoacutelnień

164

W celu uzupełnienia tej metody badawczej zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron organizacji oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu Nazwa SWOT jest akronimem angielskich słoacutew Strengths (mocne strony przedsiębiorstwa) Weaknesses (słabe strony przedsiębiorstwa) Opportunities (szanse w otoczeniu) Threats (zagrożenia w otoczeniu) Celem analizy jest pokazanie istniejących w przedsiębiorstwie możliwości produkcyjnych i szczegoacutełowe określenie perspektyw organizacyjnych Program działania ustala się na podstawie jego silnych stron (atutoacutew) natomiast eliminację pomyłek w przyszłości wyznacza się z analizy słabości

Analizę opracowano na podstawie dostępnej literatury bdquoMetoda analizy SWOT jako narzędzie analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesurdquo autorstwa R Baum i W Wielicki

Analizę mocnych i słabych stron gospodarstwa przeprowadzono oceniając czynniki elementarne w pięciu obszarach krytycznych takich jak pozycja rynkowa organizacja i zarządzanie zasoby finanse sytuacja prawna W obszarze bdquopozycja rynkowardquo rozpatrywano dwa subobszary pozycję konkurencyjną na rynku wojewoacutedztwa oraz stopień rozwoju w produkcji Oceniając pierwszy subobszar brano pod uwagę możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji oraz dystrybucję Na ocenę stopnia rozwoju w produkcji złożyły się stopa rozwoju w ostatnich latach potencjał oraz liczba konkurentoacutew

W obszarze bdquostan organizacji i zarządzaniardquo poddano ocenie trzy czynniki elementarne tj struktura organizacyjna rozlokowanie przestrzenne majątku i napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń) Obszar bdquozasobyrdquo był najbardziej złożony z ocenianych Składał się z pięciu subobszaroacutew zasoby ludzkie zasoby technologiczne zasoby rzeczowe zasoby finansowe i zasoby niematerialne Kwantyfikacji zasoboacutew ludzkich dokonano wartościując kwalifikacje kadry kierowniczej Do oceny zasoboacutew technologicznych brano pod uwagę wdrażanie nowych technik i technologii produkcji szanse unowocześnienia i zmian w technologiach oraz stosowanie płodozmianu

W zasobach materialnych przeprowadzono analizę czterech subobszaroacutew tj budynkoacutew i maszyn zapasoacutew ziemi i inwentarza żywego Zasoby finansowe gospodarstwa analizowano w kontekście dostępu do źroacutedeł finansowania i proporcji środkoacutew własnych w tym finansowaniu w stosunku do środkoacutew z zewnątrz Kryteriami branymi pod uwagę w subobszarze zasoby niematerialne były reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie marka znak firmowy oraz nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe Analizując sytuację finansową oceniano rentowność i zadłużenie Ostatnim obszarem branym pod uwagę w analizowaniu mocnych i słabych stron przedsiębiorstw rolnych była ich sytuacja prawna czyli stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

165

roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych oraz wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

W analizie czynnikoacutew otoczenia mających wpływ na efektywność gospodarowania rozpatrywano obszary dotyczące sytuacji makroekonomicznej rynkowej konkurencyjnej zaopatrzeniowej technologicznej geograficznej i społecznej Na stan sytuacji makroekonomicznej składają się następujące czynniki stan gospodarki i prognozy jej rozwoju poziom inflacji i oprocentowanie bankowe kredytoacutew W ocenie sytuacji rynkowej brano pod uwagę sieć sprzedaży Kategorie czynnikoacutew związanych z konkurencją rozpatrzono z dwoacutech punktoacutew widzenia liczbę konkurentoacutew oraz stopień ekspansji konkurencji na rynku Analizując stan zaopatrzenia oceniano warunki zaopatrywania się w środki produkcji oraz ceny usług i źroacutedeł energii W ocenie obszaru bdquopostęp technologicznyrdquo wyszczegoacutelniono dwa czynniki stosowane metody produkcji i stosowany sprzęt techniczny W grupie czynnikoacutew składających się na sytuację geograficzną otoczenia brano pod uwagę zmiany klimatyczne oraz umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew

W obszarze sytuacja społeczna oceniano głoacutewnie preferencje konsumenckie

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Wyniki wywiadu ktoacutere uzyskano na podstawie kwestionariusza w metodzie studium przypadku przedstawiono wraz z wynikami potrzebnymi do opisu i analizy gospodarstwa w tabeli 1

Tabela 1 Studium przypadku ndash działalność gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

POZYCJA RYNKOWA

Pozycja konkurencyjna na rynku wojewoacutedztwa

Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji Niewielkie

Dystrybucja (powiązania na rynku stali kontrahenci sprawność kanałoacutew dystrybucji)

brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru sprzedaż głoacutewnie na targowiskach

Stopień rozwoju w produkcji

Stopa rozwoju w ostatnich latach (wzrost areału pogłowia itp)

w ciągu ostatnich 5 lat powiększenie areału o 8 ha zwiększenie pogłowia drobiu do około 1000 sztuk

Potencjał (możliwości zwiększenia produkcji)

Niewielki

Liczba konkurentoacutew w najbliższej okolicy liczbę konkurentoacutew szacuje się na 4 gospodarstwa ekologiczne

166

STAN ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

Struktura organizacyjna gospodarstwo prowadzone jest przez małżeństwo niezatrudniające innych pracownikoacutew

Rozlokowanie przestrzenne majątku Dobre

Napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń)

częste występowanie spiętrzeń w cyklu technologicznym

ZASOBY

Zasoby ludzkie

Kwalifikacje pracownikoacutew gospodarze posiadają wykształcenie zawodowe rolnicze oraz ponad 10ndashletnią praktykę zawodową

Zasoby technologiczne

Wdrażanie nowych technik i technologii produkcji

nabycie ciągnika pługa wahadłowego i wozu asenizacyjnego

Szanse unowocześnienia i zmian w technologiach

Niewielkie

Stosowanie płodozmianu w gospodarstwie praktykuje się duży stopień płodozmianu

Zasoby materialne

Budynki i maszyny

stan techniczny budynkoacutew i maszyn uznać należy jako dobry natomiast stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb jako wysoki

Zapasy wielkość zapasoacutew jest utrzymywana na średnim poziomie warunki składowania są dobre

Ziemia gospodarstwo znajduje się na terenie nizinnym ukształtowanie rozłogu jest korzystne jakość gleb średnia

Inwentarz żywy

stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych jest bardzo dobry wydajność produkcyjna zwierząt oraz ich kondycja została oceniona jako dobra

Zasoby finansowe

Dostęp do źroacutedeł finansowania gospodarstwo korzysta z dopłat z UE w ramach programu rolno środowiskowego

Proporcje finansowania gospodarstwa majątek finansowany jest w przeważającej części przez obce źroacutedła finansowania

Zasoby niematerialne

Reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie

Średnia

Marka znak firmowy nie posiada

Nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe i podobne wartości

posiada certyfikat uprawniający do sprzedaży żywności ekologicznej

167

SYTUACJA FINANSOWA

Rentowność uzyskuje średni wynik rentowności

Zadłużenie

występuje zadłużenie spowodowane wysokim kredytem preferencyjnym spłaty zobowiązań kredytowych pokrywane są na bieżąco

SYTUACJA PRAWNA

Stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

własność prywatna obciążona hipoteką

Roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych nie występują

Wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

nie występuje

SYTUACJA MAKROEKONOMICZNA

Stan gospodarki i prognozy jej rozwoju umiarkowanie korzystne

Poziom inflacji w Polsce inflacja w grudniu 2010 r wyniosła 31

Oprocentowanie bankowe kredytoacutew rolnicy mogą zaciągać kredyty na zakup ziemi oprocentowane na 2 w skali roku

SYTUACJA RYNKOWA

Sieć sprzedaży nie ma jeszcze wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej rynek zbytu formuje się bardzo powoli

SYTUACJA KONKURENCYJNA

Liczba konkurentoacutew w 2009 r w Polsce gospodarstwa ekologiczne prowadziło 17091 rolnikoacutew w wojewoacutedztwie mazowieckim 1673

Stopień ekspansji konkurencji na rynku

w 2009 r gospodarstw ekologicznych było o 15 więcej niż rok wcześniej w 2008 r było ich o 255 więcej niż w 2007 r w 2007 r w odniesieniu do 2006 liczba ta wzrosła o 29

STAN ZAOPATRZENIA

Warunki zaopatrywania się w środki produkcji

Korzystne

Ceny usług i źroacutedeł energii niekorzystne relacje cen pomiędzy środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

168

POSTĘP TECHNOLOGICZNY

Stosowane metody produkcji umiarkowanie korzystne

Stosowany sprzęt techniczny

umiarkowanie korzystne (sukcesywnie do poprawy sytuacji finansowej nabywany jest jakościowo lepszy sprzęt techniczny)

SYTUACJA GEOGRAFICZNA

Zmiany klimatyczne występujące coraz częściej susze ulewy nadmierne opady śniegu

Umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew Korzystne

SYTUACJA SPOŁECZNA

Preferencje konsumenckie rosnący popyt na żywność ekologiczną

W celu uzupełnienia metody studium przypadku zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron gospodarstwa oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu (tab 2)

Tabela 2 Analiza SWOT gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

MOCNE STRONY SŁABE STRONY

CZ

YN

NIK

I W

EW

TR

ZN

E

- wzrost areału w ostatnich latach - korzystne rozlokowanie przestrzenne majątku - ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy - wdrażanie nowych technik i technologii produkcji - stosowanie płodozmianu - dobry stan budynkoacutew gospodarczych - wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb - niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego - dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania - korzystne ukształtowanie rozłogu - bardzo dobry stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych - dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie - dostęp do źroacutedeł finansowania

- brak możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji - brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru - niewielkie możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług - stale zwiększająca się liczba konkurentoacutew - częste występowanie napięć (czy spiętrzeń) w cyklu technologicznym - bardzo duże obciążenia kredytowe - brak własnej marki i znaku firmowego - niewielka renoma na rynku

169

SZANSE ZAGROŻENIA

CZ

YN

NIK

I Z

EW

TR

ZN

E

- stan gospodarki i prognozy jej rozwoju - wsparcie rozwoju gospodarstw ekologicznych przez instrumenty finansowe - niskie oprocentowanie bankowe kredytoacutew - postawy konsumentoacutew zdrowej żywności - warunki zaopatrywania się w środki produkcji - rosnący popyt na żywność ekologiczną-pojawienie się nowych grup klientoacutew - wymiana doświadczeń

- wzrastająca inflacja - słabo zorganizowany rynek dystrybucji produktoacutew ekologicznych - stopień ekspansji konkurencji na rynku - wzrost cen środkoacutew produkcji usług i źroacutedeł energii - postępujące zużycie sprzętu technicznego - niekorzystne zmiany klimatyczne - dominacja na rynku produktoacutew spożywczych taniej żywności o niskiej jakości

Rolnictwo ekologiczne to najbardziej przyjazny przyrodzie sposoacuteb produkcji rolniczej ktoacutery wpływa na zwiększenie żyzności gleby i zachowanie roacuteżnorodności biologicznej i krajobrazowej Nie przeciąża środowiska bardziej niż naturalne ekosystemy oraz wpływa na rozwoacutej wsi w aspekcie kategorii społecznych jak i kulturowych Wyeliminowanie chemii rolnej oraz spożywczej wiąże się z osiągnięciem wysokich wartości biologicznych i zdrowotnych produktoacutew Rolnictwo ekologiczne jest najbardziej wydajnym gospodarowaniem uwzględniając nie tylko koszty produkcji w gospodarstwie ale roacutewnież koszty przyrodnicze i społeczne Inspiruje także do wdrażania efektywniejszej organizacji pracy oraz motywuje i aktywizuje mieszkańcoacutew wsi Rolnictwo ekologiczne to najbardziej optymalna forma gospodarowania Wymaga jednak zaangażowania i wiąże się z ciągłym pogłębianiem wiedzy Celem rolnictwa ekologicznego jest zachowanie roacutewnowagi między zasobami ekologii a wymogami ekonomii

Niejeden producent rolny ktoacutery prowadzi nieintensywną produkcję rolną może rozważyć przejście na ekologiczne metody gospodarowania Korzystne warunki przyrodnicze i społeczne oraz wsparcie finansowe w ramach programoacutew rolnośrodowiskowych są czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rolnictwa ekologicznego w Polsce Unia Europejska oferuje dopłaty dla rolnikoacutew ktoacuterzy zdecydowali się gospodarować ekologicznie w wysokości od 260 zł na hektar rocznie (trwałe użytki zielone) do 1800 zł (uprawy sadownicze i jagodowe) Niskie oprocentowanie kredytoacutew preferencyjnych daje możliwość nabycia maszyn dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować zatrudnienie

Inflacja należy do najbardziej groźnych czynnikoacutew elementarnych o charakterze politycznym i ogoacutelnoekonomicznym mających nadal

170

niekorzystny wpływ na efektywność gospodarowania dlatego stanowi zagrożenie dla funkcjonowania gospodarstwa

Niekorzystnie przedstawia się brak systemu właściwej dystrybucji Nie ma obecnie zbyt wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Rynek zbytu formuje się bardzo powoli dlatego przedsiębiorcy ostrożnie przymierzają się do prowadzenia firm w tej branży

Istotnym zagrożeniem dla funkcjonowania gospodarstwa ekologicznego są zmiany klimatyczne to jest susze ulewy czy nadmierne opady śniegu ktoacutere mają bezpośredni wpływ na produkcję roślinną

Analizowane gospodarstwo ekologiczne znajduje się w miejscowości Jankowice w wojewoacutedztwie mazowieckim Gospodarstwo cechuje ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy wdrażanie nowych technik i technologii produkcji stosowanie płodozmianu dobry stan budynkoacutew gospodarczych wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania korzystne ukształtowanie rozłogu oraz dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie Stopa rozwoju jest stabilna o czym może świadczyć wzrost areału i pogłowia w ostatnich latach

Słabą stroną gospodarstwa jest brak firm w okolicy zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji jak roacutewnież możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług są niewielkie Słabą stroną gospodarstwa są roacutewnież bardzo duże obciążenia inwestycyjne oraz brak własnej marki i znaku firmowego

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce zależy od wielu czynnikoacutew Niewielki poziom zużycia pestycydoacutew i nawozoacutew mineralnych w poroacutewnaniu ze stanem w krajach wysoko rozwiniętych Unii Europejskiej wiąże się z ekstensywnym charakterem produkcji rolniczej Po przestawieniu gospodarstwa na metody ekologiczne plony nie maleją w tak wysokim stopniu jak w przypadku gospodarstwa produkującego intensywnie Często zdarza się roacutewnież iż rolnicy po przejściu z ekstensywnych metod produkcji na ekologiczne uzyskują lepsze plony W krajach zachodnich można zaobserwować większe zainteresowanie produktami ekologicznymi co w konsekwencji stwarza możliwość eksportu takich produktoacutew Na dalszy rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce ma wpływ właściwe i powszechne zaangażowanie w szczegoacutelności władz i samorządoacutew rolniczych oraz lokalnych ośrodkoacutew doradztwa rolniczego ktoacutere miałyby odzwierciedlenie w szkoleniu rolnikoacutew podejmujących się przejścia na taki rodzaj gospodarowania oraz większe zaangażowanie placoacutewek naukowo ndash badawczych jak i wyższych uczelni rolniczych w badaniach na rzecz rolnictwa ekologicznego Jednak największą szansą dla rozwoju gospodarstw ekologicznych w Polsce jest rosnące zainteresowanie konsumentoacutew żywnością wysokiej jakości wynikające z

171

troski o zdrowie i obawami związanymi z chorobami spowodowanymi skażoną żywnością

WNIOSKI

1 Odchwaszczanie metodą mechaniczną jest uciążliwe a uprawa roślin

bez nawozoacutew sztucznych i chemicznych środkoacutew ochrony roślin jest

droższa

2 Mimo atrakcyjnego systemu dopłat uprawy ekologiczne nadal są

nieopłacalne między innymi z powodu braku właściwego systemu

dystrybucji Rynek zbytu tworzy się bardzo wolno dlatego

przedsiębiorcy ostrożnie decydują się na prowadzenie firm w tej

branży

3 Rozwoacutej rolnictwa ekologicznego jest ograniczony brakiem organizacji

rynku produktoacutew ekologicznych oraz brakiem ich reklamy i promocji

Nie ma roacutewnież ogoacutelnodostępnych informacji o rolnikach

ekologicznych co wynika z ochrony danych osobowych co bardzo

utrudnia dostęp handlowcom i konsumentom do produktoacutew

ekologicznych

4 Ograniczenie stanowi skala produkcji Gospodarstwa ekologiczne są

niewielkie i w konsekwencji nie są w stanie dostarczać tak dużych

partii produktoacutew jakich oczekują odbiorcy

5 Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych zależy od zainteresowania

konsumentoacutew zdrową żywnością oraz gotowością producentoacutew do

spełnienia ich oczekiwań Żywność bez konserwantoacutew i agrochemii

a w szczegoacutelności niemodyfikowana genetycznie to produkt bardzo

pożądany zwłaszcza przez zamożniejszych konsumentoacutew jednak

wciąż dominuje na rynku tania żywność o niskiej jakości

6 Rosnące zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości to realna

szansa na zwiększenie dochodoacutew gospodarstwa a pracochłonne

i długotrwałe metody produkcji powodują tworzenie nowych miejsc

pracy

7 Prowadzenie gospodarstwa ekologicznego daje możliwość eksportu

produktoacutew ekologicznych na rynek Unii Europejskiej

8 Wciąż rosnąca liczba gospodarstw ekologicznych wpływa na

powstawanie firm ktoacutere zajmują się obrotem produktoacutew ekologicznych

oraz punktoacutew ich sprzedaży

172

9 Niskoprocentowe kredyty preferencyjne umożliwiły nabywanie maszyn

dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze

wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć

dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować

zatrudnienie

10 Powstawanie nowych firm oferujących roacuteżnego rodzaju środki

produkcji wpływa na znaczne ułatwienia w ich nabywaniu Jednakże

wzrost konkurencji pomiędzy firmami z otoczenia rolnictwa nie

odzwierciedla się w proponowanych cenach na środki produkcji

i usługi Stale powiększa się niekorzystna relacja cen pomiędzy

środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

11 Przedsiębiorstwa aby przetrwać i utrzymać się na rynku muszą

przewidywać i trafnie oceniać swoją sytuację tj zdolność do

efektywnego działania i zdolność do rozwoju w zmieniającym się

otoczeniu Warunkiem odniesienia sukcesu przez gospodarujących

jest podejmowanie decyzji pozwalających dostosować działalność do

sytuacji rynkowej W tym celu niezbędne staje się określenie atutoacutew

i słabości gospodarstw oraz identyfikacja okazji i pułapek ktoacutere tkwią

w otoczeniu

LITERATURA

1 Baum R Wielicki W 2004 Metoda analizy SWOT jako narzędzie

analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesu Wyd Akademii

Rolniczej im Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Poznań

2 httpminrolgovpl

Development of organic farms in 2006 ndash 2009 in Masovia

173

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin

Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey) Federal Research Centre for Cultivated Plants Julius Kuehn Institute Application Techniques Division Messeweg (Germany) Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey)

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel

ABSTRACT

In spite of harmfull effects of pesticides on environment and its inhabitants pesticides should be used To minimize the negative effects of the pesticides the spraying should be done not only on the right time and with enough amount of right pesticide but also with the appropriate equipmentIn Aegean Region (Turkey) there are about 500000 ha vineyards Vineyard farmers generally apply pesticides in high application rate with high frequency (sometimes 20-25 times a year) But there are no drift preventing systems on the generally air-assisted sprayers which are used there The constructive enhancement on the currently used machines will be expensive and time consuming But it is known that the cheapest and easiest thing that can be applied on the machine to reduce spray drift is to choose a suitable nozzleIn this study trials were made in the wind tunnel located in the Institute for Application Techniques in Crop Protection Julius Kuumlhn Institute (Formerly BBA) Braunschweig Germany In the trials Teejet Air Induction (AI) Air Induction XR (AIXR) Extended Range Flat Fan (XR) and domestic manufactured Hollow Cone Nozzles were used And for reference nozzle Lurmark conventional 110o flat fan nozzle was used This study is made for determining the nozzle which will cause the least spray drift under controlled conditions

Keywords Air-Asissted Sprayer Air Induction (AI) Nozzle Air Induction XR Nozzle Extended Range Flat Fan (XR) Nozzle Hollow Cone Nozzle

INTRODUCTION

Viticulture is one of the most important branches of Turkish agriculture It has a great importance in Turkeyrsquos agricultural structure and it makes great contributions to Turkish economy Turkey has some advantages in the production of grape Not only the climate but also the soil is convenient for the production of grape In Turkey there are approximately 500000 enterprises occupied with viticulture However these are small scale enterprises 87 of which are below 10 haThe vast majority of Turkeyrsquos vineyards are owned by small independent farmers In Turkey the highest

174

total area of vineyard is in the Aegean Region This area is 33 of the total vineyards of Turkey Aegean Region ranks the 1st Mediterranean Region the 2nd Central-South Region the 3rd in terms of fresh grape productionWhile 75 of the fresh grapes of the approximate 4 million tons of production was consumed inland 25 of them was exported as dried grape table grape and a very small quotient as wine In 2008 total income from grape export has reached to 520 million dollars of which 1694 million dollars belong to table grape and 3495 million dollars belong to dried grape (Ccedilelik H 2010)

SPRAY DRIFT

During the pesticide application according to the application type some amount of the pesticide goes away from the target When the pesticide droplets or particles move through the air at the time of pesticide application or soon thereafter from the target site to any non- or off-target site this is called spray drift High concentrations of pesticide drift in the air can cause acute poisonings resulting in serious illness and in rare cases death Pesticide drift can also harm the local environment by contaminating waterways air and soil killing fish birds and other wildlife Not all pesticide drift happens during or right after a pesticide application Some pesticides continue to evaporate from fields for several days to several weeks after an application is completed People who live near farms or in the city can all be affected by pesticide drift

Drift is undesirable for economic environmental and safety reasons It should be reduced to minimum levels because it results in inefficient use of application equipment and applicator time it may result in under-application of chemicals and ineffective pest control which leads to additional applications reduced yield and higher production costs it may result in over-application if the applicator knowingly over-applies chemicals to compensate for drift losses and to ensure the desired level of control losses andor costly litigation may result if sensitive crops in adjacent fields are damaged unintentional contamination of foodstuffs from unacceptable pesticide residues can result in mandatory destruction of the crop it may contribute to pollution of air and water resources and it may affect the health and safety of susceptible human and livestock populations (Ozkan E 1998) The ideal nozzle-pressure combination should maximize spray efficiency by increasing deposition and transfer of a lethal dose to the target while minimizing residues off-target losses such as spray drift and user exposure (Nuyttens et al 2009) In Turkey vineyard farmers mostly use mounted and pto-driven conventional air-assisted sprayers The axial fan air-assisted sprayer fitted with hydraulic hollow cone nozzles is the predominant design of sprayers used in orchards It produces a large radial spray plume which could involve a significant risk of off-target contamination by spray drift and losses on the ground a subject of increasing public concern (Jamar L 2010) They prefer to use these

175

sprayers in vineyards because the increases crop penetration and higher pesticide deposition on the both upper-side and under-side of the leaves

However Turkish farmers make some mistakes during the applications Dependent on the plant canopy farmers operate the sprayers with only 2 or 3 nozzles with a very high operating pressure by adjusting the regulator at about 20-25 bar during the application This kind of high operating pressure produces small droplets which may easily increase the drift amount Additionally as a result of the unsuccesful applications they apply pesticides in high application rate with high frequency The most interesting thing is the sprayers which are used in vineyard spraying do not have any drift preventing systems Since it is expensive to modificate available sprayer to reduce drift amaount by changing nozzle type and size will be easier and cheaper way to control drift The main objectives of this study were to measure airborne spray deposits of different nozzle types and sizes in a wind tunnel to determine their drift potential using wind tunnel approaches and to compare the drift potential results with the reference spraying

MATERIAL AND METHODS

Whilst field research is appropriate to obtain realistic estimates of drift with sprayers under a range of working conditions and also to validate spray drift models the controlled conditions found in wind tunnels make them well suited for studies where relative drift values are required (Nuyttens et al 2009) Wind tunnel experiments provide an efficient method for supporting and complementing the data derived from field experiments They can be used to measure airborne spray and in some cases the size and velocities of drifting droplets The nozzles mounted in the wind tunnel may provide suitable methods for measuring and classifying the performance of nozzle systems without the effects caused by the sprayer or the tractor on which the nozzles are normally mounted

In this study the wind tunnel measurements were carried out in the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig GermanyThe wind tunnel was constructed as a closed loop in 1993 The advantage of the close loop is to determine the potential of sprays to drift can be made with different spraying systems under directly comparable and repeatable conditions which is not the case for field measurements The measuring section of the tunnel was made of stainless steel Measuring partrsquos length is 10 m width 24 m and height 16 m

The control unit allows adjusting of air temperature relative humidity and the air velocity in order to produce the required conditions for the applicationsThe air temperature can be adjusted from 10 to 30ordmC relative humidity from 40 to 80 air speed up to 15 ms Windtunnel protocols are essential for determining the drift potentials The measuring method is in

176

conformity with ISO 22856 - Equipment for crop protection-Methods for the laboratory measurement of spray drift-Wind tunnels

Trials were conducted at (2plusmn002) ms air speed (20plusmn1) oC temperature and (80plusmn5) relative humidity conditions As the sampling surface strings made of polyethylene (PE) with a diameter of 2 mm were used Pyranin was used as fluorescent tracer dye The concentration of pyranin was 1 The nozzle was oriented to discharge spray downward toward the wind tunnel floor In the experiments Teejet (Spraying Systems Co Wheaton USA) AI XR AIXR and local production hollow cone nozzles were used For reference nozzle Lurmark (Hypro EU Limited Longstanton Cambridge UK) conventional 110ordm flat fan nozzle of size 03 was used The working pressure for this nozzle was 3 bar Spraying time differs according to different application rates If the spraying time is too long the droplets may easily drop to the ground during drying and carrying To prevent this pre-trials were made to determine the spraying time according to the type of the nozzle and the aplication rate After each spray run strings were allowed to dry and then every string was passed throught the U-tube that contains 5 ml of deionized water During this application U-tube was inside the ultrasonic bath (Brainsonic 52) for better dissolving of the residue amount on the string Then the liquid inside the U-tube was passed through Kontron SFM 25 fluorometer (Kontron Instruments AG Zurich Switzerland) and the measurements were recorded

RESULTS AND DISCUSSION

The results obtained from the experiments conducted in the wind tunnel for various nozzles are given in Figure 1

Figure 1 Drift amount (ml s-1) according to the nozzles A=Nozzles with low application rate B=Reference nozzle C=Nozzles with mid application

rate D=Nozzles with high application rate

The drift amount according to the nozzles are given in Figure 1 Letter ldquoBrdquo is the reference nozzle Letter ldquoArdquo represents low ldquoCrdquo represents mid and ldquoDrdquo

177

represents high application rates Drift amount increased with the increasing of the application rate During the low application rate highest drift occured when 12 mm nozzle was used in 8 bars Nevertheless in mid and high application volumes highest drift occured at working with 12 mm nozzle and XR 110-08 VP nozzles Spraying pressures for these nozzles were 10 and 25 bar for mid application rate 6 and 4 bar for high application rate respectively Although the application rate for local production hollow cone nozzle is approximately half of XR type nozzle the drift amount was higher in low application rate For the mid and high application rates conventional and XR type nozzle had the highest drift

Airborne drift volume flux for the low mid and high application rate nozzles versus heights are shown in figures 2 3 and 4 In Figure 2 the maximum drift was measured on 100 mm and 200 mm heights for the nozzle 12 mm-8 bar In Figure 3 on 100 mm height the maximum drift was for 12 mm-8 bar and on 200 mm height for the nozzle XR 110-08 VP-25 bar In Figure 4 the maximum drift was for XR 110-08 VP-4 bar on 100 and 200 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-05 VS-3 bar

AIXR 110-04-4 bar

XR 110-08 VP-1 bar

12 mm-8 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 2 Airborne drift volume flux for the low application rate nozzles according to the heights

178

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-4 bar

AIXR 110-06-4 bar

XR 110-08 VP-25 bar

12 mm -10 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 3 Airborne drift volume flux for the mid application rate nozzles according to the heights

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Hei

gh

t (m

m)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-6 bar

AIXR 110-06-6 bar

XR 110-08 VP-4 bar

15 mm-6 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 4 Airborne drift volume flux for the high application rate nozzles according to the heights

AI and AIXR nozzles provided a lower drift compared to local and XR nozzles As a common view air induction nozzles decrease drift by increasing the droplet size (Hofman V and Solseng E 2001 Ozkan 1998) Drift reduction percentage means that the nozzle reduces the drift amount in percentage compared to the reference nozzle In Table 1 drift reduction percentages of the nozzles were calculated according to the reference nozzle AI 110-05 VS provided the lowest drift potential according to the reference nozzle At low application rate only the local nozzle (12 mm-8bar) had high drift potential

179

Table 1 Percentage of the drift reduction facilities of the nozzles according to the reference nozzle

Nozzles Drift Reduction () Aplication Rate Classification

AI 110-05 VS-3 bar 72

Low AIXR 110-04-4 bar 52

XR 110-08VP-1 bar 47

12 mm-8 bar -46

AI 110-06 VS-4 bar 55

Mid AIXR 110-06-4 bar 45

XR 110-08VP-25 bar -54

12 mm-10 bar -49

AI 110-06 VS-6 bar 5

High AIXR 110-06-6 bar -2

XR 110-08VP-4 bar -123

15 mm-6 bar -80

Lurmark 110-03-3 bar Reference Nozzle

When the application rate was mid the local nozzle (12 mm-8bar) and XR nozzle (110-08VP-25 bar) had high drift potentials When the application rate was high the local nozzle (12 mm-8bar) XR nozzle (110-08VP-25 bar) and AIXR (110-06-6 bar) had high drift potential

Air induction nozzles are relatively new so more research and experience is needed to verify this concept These nozzles produce large drops so coverage may be reduced in the case of their use in applying insecticides and fungicides Some pesticides require small droplets for good coverage and the air-induction type design may not produce the best coverage (Hofman V and Solseng e 2001) Otherwise hollow cone nozzles produces small droplets thus they improve the coverage But in this study the droplet size determinations and field tests were not made Drift values under realistic conditions can only be obtained by means of field drift experiments (Herbst A 2005) For drift measurements the application volume is very important variable because increasing the application volume by increasing the nozzle orifice size also reduces the number of droplets created under 200 microns (Wolf RE 2000) As it was shown before the application rates for the local nozzles were half of the other nozzles Although the spray rate for the local nozzle was too low the drift amount was too much

In pesticide applications Turkish vineyard farmers should pay attention to spray drift Currently used hollow cone nozzles produced more drift than air induction type nozzles To reduce the spraying drift during pesticide application it is recommended to use the nozzles which provided best

180

results during wind tunnel trials Although field tests are deficiency of this study wind tunnel test have a vital importance for the determination of the spray drift under the certain conditions

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to thank the researchers of the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig (Formerly BBA) for their useful supports in the wind tunnel experiments

LITERATURE

1 Ccedilelik H Kunter B Soumlylemezoğlu G Erguumll A Ccedilelik H Karataş

H Oumlzdemir G Atak A 2010 Bağcılığın Geliştirilmesi Youmlntemleri ve

Uumlretim Hedefleri Ziraat Muumlhendisleri 7 Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı 493-513

2 Herbst A 2005 Proceedings of International Symposium on Pesticide

and Environmental Safety Beijing 2005 39-46

3 Hofman V Solseng E 2001 Agricultural and Biosystems

Engineering AE-1210 June 2001 Reducing Spray Drift

4 Jamar LMostade O Huyghebaert B Pigeon O Lateur M 2010

Comparative performance of recycling tunnel and conventional

sprayers using standard and drift-mitigating nozzles in dwarf apple

orchards Crop Protection article in press

doi101016jcropro200912018

5 Nuyttens D Taylor WA De Schampheleire M Verboven P

Dekeyser D 2009 Influence of nozzle type and size on drift potential

by means of different wind tunnel evaluation methods Science Direct

Biosystem Engineering 103 (2009) 271-280

6 Nuyttens D De Schampheleire M Verboven P Brusselman E

Dekeyser D 2009 Droplet size and velocity characteristics of

agricultural spraysVol 52(5) 1471-1480 American Society of

Agricultural and Biological Engineers

7 Ozkan H E 1998 New Nozzles for Spray Drift Reduction Ohio State

University Extension Service Publication AEX 523-98 Columbus

Ohio

8 Wolf R E 2000 Strategies to Reduce Spray Drift Kansas State

University Extension Service

181

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr

Lviv National Agrarian University Scientific guardian ndash Rostyslav Datsuk Prof of the mechanics and power engineering faculty

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines

ANNOTATION

The article examines the problems of implementation of turbo-supercharging of gas-cylinder automobiles and buses and reequipment of gasoline engines into the gas ones

Key words gas-turbine supercharging tursupercharging turbo-compressor mathematic model gas engine

From the history of turbo-supercharging consumption

During the last decades both Ukraine and other countries witnessed considerable interest in turbo-supercharging of automobile engines Turbo-supercharging is able not only to increase an engine capacity without enlargement of its mass and dimensions but also to decrease the fuel consumption and toxicity of exhaust gases Thus the problem of improvement of fuel economic efficiency and decreasing of automobiles toxicity by turbo-supercharging of gasoline can be successfully solved The piston engine turbo-supercharging means the increase of weight filling of a cylinder with air and fuel mixture by means of increasing pressure at the inlet This increase is secured by turbo-supercharging

The air may be supercharged in the engine cylinders in different ways (by the driving blower or gas-conduction turbo-compresor) Turbo-supercharging of the automobile gasoline engines were first implemented in 1952

Air supercharging in the engine cylinder increases pressure and temperature at the inlet and backpressure at the out et

Mixture preparation may be intensified by the carburetor feeding which helps to distribute the mixtures into cylinders in equal portions and to facilitate the filling factor Raising the temperature of the supercharged air causes some decrease of the charge dencity

Due to the turbo-supercharging implementation as well as to the increase of pressure and temperature of the working medium the process of ignition is facilitated All the mentioned above factors secure more qualitative mixture preparation with increased velocities

182

Analysis of the impact of turbo-supercharging on the functioning of internal combustion engines

One of the most promissing directions in the field of improving technical and economic parameters both of the traditional and recently developed internal combustion engines is implementation of gas and turbine supercharging Engine equipment of gas automobiles gives them the opportunities to run with consumption of both compressed gas and gasoline when the turbo-supercharging is turned off and the engine parameters are fixed

One of the most typical ways of the consumption of the natural gas in automobiles is the reequipment of mass-produced gasoline engines with equipment of mass-produced gasoline engines with spark ignition into the gas ones This will save gasoline and help to decrease harmful exhausts contents

Nevertheless re-equipment of the lower heat of combustion of gas and air mixture in comparison with the gasoline and air mixture and worse filling of cylinders with fresh chargings This in its turn will worsen draught and dynamic properties of an automobile Therefore the problem of improving technical and economic parameters of gas engines becomes particularly acute

The capacity of re-equipped engine may be renewed by increasing the level of risk to 10hellip12 units which is quite possible for the natural gas with the octane number of 90-110 opposed to 85-90 in gasolines (according to motor method) But then the engine cannot function on gasoline consumption Thus it will not be universal

There exists another way of improving the filling capacity of gas engines cylinders with fresh charge of turbo-supercharging This approach is quite fresh

Consumption of gas fuel by auto transport is mostly stimulated by our acute need in decreasing the toxicity of exhausts

Because of the described above reason many countries do their bests to re-equip their public transport (first of all buses ) for gas fuel consumption

Nevertheless the majority of automobile gas engines are in fact gasoline engines with spark ignition which operate both on gasoline and gas and therefore they are called the two-fuels engines The compression level is limited by the barrier of work without detonation on gasoline The loss of capacity may be renewed by implementation of gas and turbine supercharging The engine capacity when consuming the natural gas should not be more then in case of consuming gasoline In this way one may prevent mechanic and therminc overloading of engine parts which may cause the early wear and even failures

183

We experimented much with gas and gasoline engines and developed the principal plan of the system of gas and turbine supercharging for automobile gas engines and mathematic models for calculative and theoretic research

The objects of our research are gas engines ЗИЛ ndash 138 ИН ЗИЛ ndash 138 ИНand ЗМЗ ndash 53 where gas and air mixtures are prepared in carburetors-mixers The most serious drawback of the plan of introduction of turbo ndash compressor instead of carburetor is the danger of surging the compressor on the small openings of throttle damper Therefore we took a decision to set turbo-compressor in front of carburetor which needs the damper`s sealing

In our plan gas comes from the reduction gear into carburetor-mixer under surplus pressure Therefore diaphragm cavities of mass ndash produced two ndash levelled reductor of high pressure is not connected with atmosphere but with the inlet branch pipe of a carburetor-mixer where air is conducted by a turbo-compressor

When consuming gasoline turbo ndash compressor is turned off by exhausts passing the collector outside turbine with the help of a damper The damper is affected by pneumo-cylinder which functions under pressure of gas coming from the reduction gear In such case the air comes to a carburetor-mixer directly through the reciprocative valve Gasoline is conducted from the filter by gasoline pump to electromagnetic valve and then to a carburetor-mixer

We compare interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИНwith turned in and turned off supercharging Due to the supercharging the capacity of gas engine increased from 93 to 132 kWt (on 41) Specific consumption of gas power decreased within the frequency of crankshaft rotation of 17 00 hellip 32 00 min-1 for 35 hellip 52 MJ (kWt h)

184

Fig 1 Plan of supercharging for gas and gasoline engine

1 ndash gas heater 2 ndash reduction gear of high pressure 3 ndash consumption valve 4 ndash electromagnetic valve-filter 5 ndash outlet collector 6 ndash damper for

exhausts passing 7 ndash turbo-compressor 8 ndash gas pressure timer 9 ndash aircoolant 10 ndash gasoline pump 11 ndash electromagnetic gasoline valve 12 ndash carburetor-mixer 13 ndash air cleaner 14 ndash reciprocal valve 15 ndash gas reductor

gear of a low pressure

The control over correctness of turbo ndash supercharging selection is made by the way of comparing consumption characteristics of turbo ndash compressor and hydravlic characteristics of the engine

CONCLUSIONS

Our research resulted in the following conclusion

1 Mass ndash produced Ukrainian turbo-compressor TKR-7 may be

consumed for the supercharging of universal automobile gas engines

ЗИЛ ndash 138 ИН and ЗМЗ ndash 536 with consumption of intermediate

cooling of the supercharged air Turbo-compressor is to be set in front

of the gas and air mixer to prevent throttling of the fresh charge steam

185

at the compressor inlet during the regulation of the engine capacity by

throttle damper of a carburetor

Fig 2 The interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИН with turbo-supercharging ndash without turbo-supercharging

2 The system of gas and turbine supercharging secures not only

renovation of the capacity of gasoline engines and their coming to the

natural gas consumption but also improves their fuel economical

efficiency for 12 It also decreases carbone oxide contents in exhaust

gases for 20 comparing with the engines which are not equipped with

supercharging But here the contents of nitric oxides in exhaust gases

may be somehow increased

3 Exploitation testings of the engines with turbo ndash supercharging in the

buses ЛАЗ ndash 699 РГ and automobiles ЗИЛ ndash 138 АГ ГАЗ ndash 53 АГ

confirmed the usefulness of the developed system of supercharging

4 On the basis of our research results one may recommend gas and

turbine supercharging with turbo ndash compressor TRK ndash 7 on the

universal gas engines ЗИЛ ndash 138 АН ЗИЛ ndash 138 ІНand ЗМЗ ndash 53

186

LITERATURE

1 ндреевВ И КрамарьМ П

Турбонаддувсовременныхбензиновихдвигателей - М

НИИНавтопром 1986-211с

2 ОтчетоНИРЭкспериментальныеисследованияопытныхобраз-

овдвухтопливныхгазобензиновыхдвигателейЗИЛ-130 иЗИЛ-375

сгазотурбиннымнаддувом КравецВИ ДацюкРЕ ЖабинВМ

ФурмановНН ЗваричБН ЛСХИ ВНИИГаза -Москва- Львов

1990 -103с

3 ЗвітпроНДРпогоспдоговірнійтемі N21-333-91

СтендовівипробуваннягазобензиновогодвигунаЗИЛ-138И (ЗИЛ-

375) зтурбо-наддувом ДацюкРЮ КравецьВІ СкречкоГВ

ЗваричБ М КудринецькийБП-Дубдяни1991-37с

Page 3: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING

PATRONAT MEDIALNY

PARTNERZY

9

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Brzezina Natalia 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Evrenosoğlu Mehmet 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Kovalyshyn Oleh 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr 181

10

Spis treści

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Application of method Poka Yoke in quality control 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew Methods of protection against diseases of cereals with particular emphasis on the use of biostimulators 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode material 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the tracking plane in years 2006 ndash 2010 49

Brzezina Natalia 60

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym 88

11

Evrenosoğlu Mehmet 94

Mathematical modelling in silage mechanization 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat industry waste material 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill 116

Oleh Kovalyshyn 120

Using cloud computing technology in education process 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim 162

12

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel 173

Zholobko Volodymyr Oleksandr Lys 181

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines 181

15

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek

Slovak University of AgricultureFaculty of Engineering Department of Quality and Engineering Technologies Nitra(Slovak Republic)

Application of method Poka Yoke in quality control

SUMMARY

A study focuses on application of Japanese method Poka Yoke (PY) - mistake proof ing in organization Faurecia Ltd located in Lozorno The method is applied in several manufacturing processes and so quality control is ensured at 100 Using Poka Yoke with other corresponding methods and procedures of quality control and process improvement is useful for organizations which try to reach Zero Quality Control (ZQC) The aim is to reach the highest quality level at lowest expenses therefore it is necessary to plan and implement the method PY where it is not only effective but efficient The study includes steps and procedures which are parts of application Poka Yoke and points out evaluation of systemsrsquo reliability and their levels

Key words Poka Yoke Zero Quality Control process quality improvement

INTRODUCTION

First application of method Poka Yoke to practice happened in 1960 by Japanese engineer Shigeo Shingo in organization Toyota He tried to improve a process quality and prevent processes from non-conformities Poka Yoke is designed for systematic prevention from defaults and following non-conformities Basic principle of system PY is to register non-conformity announce it to operator by signalization and if necessary to stop the manufacturing process Modification of a product fixture device and other equipment which is considered in business plan allow using those principles If the system PY is function it indicates 100 control

Poka Yoke is one of approaches of process quality management and control besides statistical quality control and final product control Method PY represents generally the elimination of human factors (mistakes) at process quality

The object of study is to introduce the usage of method Poka Yoke at manufacturing of automobile seats in organization Faurecia Ltd (fig 1) It defines steps that are needed for effective function of system Poka Yoke with its requirements regulations and other appropriate documents

16

Fig 1 Parts of automobile seat

METHODOLOGY

METHOD POKA YOKE

Application of method Poka Yoke (design implementation development of system Poka Yoke and its equipment) and also calculation of expenses according to similar final products must be included in business plan All documentation must clearly define dimensional and functional requirements on individual parts according to safety and legal requirements of a customer (VW Ford Audi etc) In case of safetyregulation characteristics legal requirements or product characteristics which effect assembly suppliers define Poka Yoke at product and process design so the 100 conformity to customerrsquos requirements is ensured

Then Poka Yoke are defined in FMEA and control plan Following instructions procedures and directions for correct application of Poka Yoke in operation are performed Verifying phase of their function in manufacturing process is done at last

Fig 2 Documentation with PY indication for process

Reference number Poka Yoke description control method and backup method (in case of system failure) must be defined and classified for every

17

single Poka Yoke Every process using Poka Yoke must be defined by relevant marking in advance including marking in all documents of processes

Documents with Poka Yoke marks

Following documents which are related to using method Poka Yoke (fig 2)

drawings

control plan and FMEA

block schema

instruction of serial production release (O K 1st part) - working instruction

records for register

Application of PY in processes

Organization Faurecia Ltd has implemented method Poka Yoke particularly into processes with safetyregulation characteristics (tab 1) Safetyregulation characteristics are groups of processes which with their quality level effect product safety within its usage (can cause life injuries and harm to human health) Therefore the 100 quality within those processes is necessary to ensure and sustain

Safetyregulation characteristics within seatsrsquo manufacturing for automobiles are following

process of screwing of seatrsquos parts

process of riveting of parts

Poka Yoke is also used for scanning of input parts so the 100 conformity to a customer order in organization

Tab 1 Defined nonconformities in processes with PY

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Screwing Riveting

The most frequent non-conformities

Incorrect torque Incorrect force of hydraulic riveting

Missing screw Tear off the rivets

Double screwing

RECEIVING INSPECTION

Scanning input parts

Missing parts

18

Confusion of parts

Safetyregulation characteristics must be under the 100 quality control which is achieved by using method Poka Yoke and by definition of backup method in case of system failure

VERIFICATION PHASE

Release of serial production

Usage of Poka Yoke within individual process must be validated before release of serial production All methods of PY must be approved and operators must be trained

OK 1st part

At the beginning of each shift the 100 Poka Yoke system control must be verified Operator is obligated to simulate all non-conformities of manufacturing process at the beginning of each shift after system modification and after elimination of Poka Yoka failure So function of Poka Yoke is verified and controlled Data of failures simulated in process are registered automatically due to control flashback in form of electronic records

When verification phase is confirmed and Poka Yoke in function the process is marked by relevant label on the visible location

Poka Yoke need to be prevented from usage in case of incorrect system function and defined backup (manual) process procedures (tab 2) need to be applied until a problem solving (max 24 hours) If the backup method is needed management of organization must be informed about it Work station in workplace is marked by relevant label which visibly shows incorrect function of PY

Backup method

a) 100 manual control

b) 100 visual marking of controlled feature

c) manual records of products which are manufactured by backup method

Tab 2 Alternate procedure for Poka Yoke processes

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Backup method

Screwing Riveting

Use emergency electric screwdriver

Place substitute riveting pistol

19

Mark screws which are not under control of PY for torque control

Mark all rivets with permanent marker

Fill in dispatch note with product data

Fill in dispatch note of seat

Backup methods are defined only for safetyregulation characteristics If there is noted any problem with scanning input parts by Poka Yoke operator is obligated to control marking of parts personally and to realize selection according to marking of parts in order

CALIBRATION AUDITS

Calibration of system Poka Yoke proceeds as following

external calibration ndash once per 18 months

internal calibration ndash once a month

Audits of system Poka Yoke (according to plan of audits) are proceeded as following

external audits ndash once a year

internal audits ndash once a year

suppliersrsquo audits ndash (in supplier who has implemented Poka Yoke for safetyregulation characteristics in drawings) min once per 2 years

All records about PY (methods and other documents) must be archived at the minimum of 15 years Recorded reports of data are the object of internal audit at the minimum once a year

DISCUSSION

Shigeo Shingo (1988) said that system of Zero Quality Control equipment and techniques of Poka Yoke ensured the 100 control Poka Yoke guaranteed that non-conformity with its known cause there was not any more presented in process

Usage of method Shingo (1988) characterized by 3 basic features sophistication simplicity and relative economic allowance

Other methods and tools (statistic control final control) serve for monitoring process or for detection of non-conformity productprocess The aim of each organization is not only detection of non-conformity but previous elimination of mistakefailure that leads to this non-conformity

Organization Suzuki located in Rome saved 400 000 $ a year and decreased non-conformities from 24000 to 2400 per million produced parts by application of method Poka Yoke in installation process of protection of automobile drive unit (Connor G 2006)

20

Organization DCM Toyota Ltd manufacturer of trucks located in Surajpur in northern India used the method Poka Yoke within screwing process control Prevention from forgetfulness of their operators within the process of screwing critical screws on vehicle was assured by following approach screwdrivers were dipped in noticeable colour so the colour was transfer on every screw which was done manually This signal served for warning an operator that there was missing screw or incorrect torque (Robinson A - Shingo S 1990)

The 100 process quality control elimination of all possibilities which lead to non-conformities at processing are possible to ensure by application of method Poka Yoke in process In some cases we can meet with incorrect designs of PY or system failures Therefore it is necessary to control system Poka Yoke periodically to calibrate and keep auditing from side of a manufacturer and a customer

CONCLUSION

Every process is necessary to define potential non-conformities and causes which lead to them needs to be identified and the quality has to be evaluated and monitored for effective usage of method Poka Yoke Organization Faurecia Ltd uses philosophy Just In Time and so the usage of Poka Yoke is very suitable Philosophy Just In Time focuses on the 100 quality conformance Quality is inseparable from manufacturing process in the organization Poka Yoke reaches required quality level and includes many supportive methods which with their right combination and harmony allow controlling process as the most efficient

REFERENCES

1 Connor G 2006 Poka-Yoke Human-Proof Your Process In Industrial

Maintenance amp Plant Operation vol 67 2006 no 6 p 12 - 14

2 Internal documents and regulations 2011 Lozorno Faurecia

Ltd 2011

3 ROBINSON A - SHINGO S 1990 Modern approaches to

manufacturing improvement Cambridge Productivity Press 1990

399 p ISBN 0-915299-64-X

4 Shingo S 1988 Poka Yoke Improving product quality by preventing

defects USA Productivity Press 1988 282 p ISBN 0-915299-31-3

In chapter were used researches results within the frameworks of statutory researches VEGA 1057609 (2009-2011) ndash bdquoThe quality improvement of agricultural machines and production systemsldquo

21

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Studenckie Koło Naukowe Fitopatologoacutew Skosikrdquo

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew

Methods of protection against diseases of cereals with particularemphasis on the use of biostimulators

ABSTRACT

The introduction of integrated crop production including the integrated production of cereals after 2014 brings with it the need to use non chemical methods of plant protection especially methods of agrotechnical and breeding Therefore the withdrawal of many chemical preparations selection of adequate plant protection gives the farmer a lot of problems The new group of agents used in the modern technology of field crops occupy biostimulators Biostimulators influence the course of life processes in plants support the natural defense mechanisms and indirectly also influence the development of pathogen reduction The most commonly used among commercially available biostimulators by Polish producers is the preparation of Asahi SL It contains in its composition of phenolic compounds (ortho- and para-nitrofenolan sodium and 5-nitrogujakolan sodium) which increased synthesis occurs naturally in plant cells during stress conditions for them

The aim of the experiment was to determine the effect of biostimulator

Asahi SL on the growth of some species of fungi

Isolates of Fusarium fungi were used in the study The experiment was conducted at 22 deg C in triplicate and four variants of concentration of the preparation Petri dishes were placed on the medium containing 7-days-grown mycelium with a diameter of 4 mm Observations and measurements of the diameter of the mycelium were performed after 7 and 14 days of incubation The obtained results were subject to analysis of variance (ANOVA) using standard statistical methods Means were compared using Fisherrsquos least significant difference (LSD) test at 001

The results of the experiment show that the fungi used in the study have varied the in their growth rate and respond differently to different concentrations of the biostimulator in the medium

Sowa kluczowe biostymulatory ochrona

22

WSTĘP

Wprowadzenie integrowanej produkcji roślinnej w tym także integrowanej produkcji zboacuteż po 2014 roku niesie za sobą konieczność wykorzystania w ochronie roślin metod nie chemicznych zwłaszcza metody agrotechnicznej i hodowlanej W związku z wycofaniem wielu preparatoacutew chemicznych doboacuter odpowiedniego środka ochrony roślin stwarza rolnikowi wiele problemoacutew Nową grupę preparatoacutew stosowanych w nowoczesnej technologii upraw polowych zajmują biostymulatory [Kozak 2009] Biostymulatory wpływają na przebieg procesoacutew życiowych w roślinie wspomagają naturalne mechanizmy obronne a pośrednio wpływają także na ograniczenie rozwoju patogenoacutew [Michalski i in 2008] Spośroacuted dostępnych na rynku biostymulatoroacutew najczęściej stosowanym jest preparat Asahi SL Zawiera on w swoim składzie związki fenolowe (orto- i para-nitrofenolan sodu oraz 5-nitrogujakolan sodu) ktoacuterych nasilenie syntezy występuje naturalnie w komoacuterkach roślinnych podczas warunkoacutew dla nich stresowych Działanie preparatu polega na wspomaganiu roślin narażonych na czynniki stresowe takie jak złe warunki pogodowe siedliskowe oraz porażenie przez patogeny grzybicze Powoduje on min polepszenie wigoru roślin poprzez poprawienie turgoru komoacuterek oraz gospodarki hormonalnej [Ogoacuterek i Pusz 2011]

CEL BADAŃ

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie wpływu biostymulatora Asahi SL na wzrost wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju Fusarium

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Do badań wybrano izolaty grzyboacutew rodzaju Fusarium Izolaty Fusarium oxysporum wyizolowane zostały z pszenżyta natomiast pozostałe grzyby wyosobniono z podstawy łodygi rzepaku Pochodziły one z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Czyste kultury wybranych izolatoacutew uzyskano metodą kultur jednozarodnikowych Zarodniki przenoszono na zestaloną i zakwaszoną pożywkę PDA (Potato Dextrose Agar) frmy Biocorp

Doświadczenie wykonano w warunkach temperatury pokojowej (22 oC) w trzech powtoacuterzeniach oraz następujących wariantach stężeniowych preparatu 04 lha-1 (0133g preparatu na 100ml pożywki) 06 lha-1 (02g preparatu na 100ml pożywki - dawka zalecana dla Asahi SL) 10 lha-1 (033g preparatu na 100ml pożywki) oraz 00 lha-1 (kontrola) Na pożywce umieszczono krążek 7-niowej grzybni o średnicy 4 mm Obserwacje i pomiary średnicy grzybni wykonano po 7 i 14 dniach inkubacji

23

Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA) przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet Statistica 90rdquo) Średnie poroacutewnano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD) α 001

WYNIKI

Analiza wynikoacutew przeprowadzonego doświadczenia wykazała że biostymulator wpływa hamująco na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew Fusarium (tab 1 2) Na wykresach 1 i 2 przedstawiono oddziaływania poszczegoacutelnych dawek Asahi SL na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew

Po 7 dniowej inkubacji odnotowano że dawki Asahi SL wykazały działanie hamujące wzrost grzyboacutew wprost proporcjonalnie do ich stężenia dla obu izolatoacutew F oxysporum F culmorumorazpierwszego izolatu F poae Jednakże pod względem statystycznym wyniki te nie rożną się istotnie Izolat drugi F poae nie reagował na dawki preparatu zgodnie ze wzrostem jego stężenia W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab1)

Biostymulator Asahi SL po 14 dniach hamował wzrost prawie wszystkich izolatoacutew grzyboacutew wykorzystanych w doświadczeniu ale tylko niektoacutere oddziaływania były istotne statystyczne Pod względem statystycznym istotny były tylko wpływ preparatu na wzrost oba izolaty F oxysporum Podobnie jak po pierwszym okresie inkubacji wzrost izolatu drugiego F poae nie był hamowany W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni pod wpływem preparatu Asahi SL w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab 2)

24

Tabela 1Table 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

Tabela 2Table 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

dawka [lha

-1]

dose [lha

-1]

średni wzrost kolonii [mm] average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 410 a 380 a 580 a 672 bc 579 a 480 a

04 400 a 350 a 587 a 704 ab 556 a 499 a

06 378 ab 340 a 547 a 723 a 553 a 475 a

10 363 b 320 a 538 a 669 a 569 a 434 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

dawka [lha

-1]

dose

[lha-1

]

średni wzrost kolonii [mm]

average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 675 a 636 ab 793 a 840 a 850 a 850 a

04 645 ab 650 a 791 a 846 a 850 a 840 a

06 600 ab 575 bc 787 a 850 a 840 a 840 a

10 576 c 511 c 756 b 850 a 830 a 830 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

25

20

30

40

50

60

70

80

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 1Figure 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach

The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 2Figure 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

26

DYSKUSJA

Grzyby z rodzaju Fusarium są jedną z najważniejszych grup patogenoacutew roślin [Guarro i Geneacute 1995] Ponadto wydzielają one roacuteżne metabolity wtoacuterne min mikotoksyny ktoacutere stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia ludzi oraz zwierząt [Bai i Shaner 2004 Frandsen i in 2006] Wiele mikotoksyn jest niewrażliwych na obroacutebkę cieplną w wyniku czego są stabilne podczas standardowych procesoacutew przygotowywania żywności i pasz [Pokrzywa i in 2007]

Obecnie głoacutewnym sposobem walki z tymi patogenami jest metoda chemiczna Jednakże biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na produkty wytwarzane metodami ekologicznymi rolnicy zmuszeni są do szukania nowych środkoacutew walki z patogenami roślin Jednym z wyjść może być wprowadzenie preparatoacutew na bazie substancji nie szkodliwych dla środowiska [Panasiewicz i in 2008] Do preparatoacutew takich zalicza się min biostymulatory ktoacuterych zadaniem jest zmniejszenie negatywnego wpływu warunkoacutew siedliskowych na rośliny [Maciejewski i in 2007]

Biostymulatory nie są fungicydami ale w pewnym stopniu mogą chronić roślinny roacutewnież przed chorobami powodowanymi przez grzyby min poprzez zwiększenie ich naturalnej odporności Potwierdzają to badania Saniewskiej [2000] ktoacutera stwierdziła iż stosowanie preparatu Atonik SL (ta sama substancja aktywna jak w preparacie Asahi SL) wpływa korzystnie na zdrowotność roślin ozdobnych Podobne rezultaty uzyskali Pusz i Pląskowska [2008] stwierdzając pozytywny wpływ biostymulatora Asahi SL na porażenie łodyg rzepaku przez Sclerotinia sclerotiorum

W przeprowadzonym doświadczeniu po obu okresach inkubacji zauważono hamujący wpływ Asahi SL na wzrost większości grzyboacutew z rodzaju Fusarium użytych do badań Właściwości inhibicyjne preparatu w wielu przypadkach wzrastały wraz z jego stężeniem ale tylko po 14 dniowej inkubacji były istotne statystycznie dla obu izolatoacutew F oxysporum Podobne tendencje zauważył Ogoacuterek i in [2011] badając wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew z gatunku Fusarium oxysporum Stwierdzili oni że zaroacutewno po 7 jak i 14 dniowej inkubacji właściwości inhibicyjne Asahi SL utrzymywały podobne tendencje Inhibicyjne właściwości Asahi SL potwierdza roacutewnież doświadczenie Ogoacuterka i Pusz [2010] Badali oni wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew Fusarium spp oraz Alternaria alternata Rhizoctonia solani i Sclerotinia sclerotiorium Jednak stwierdzili oni że najsilniej hamowany jest wzrost izolatoacutew F oxysporum przez ten biostymulator

Należy podkreślić iż biostymulatory są preparatami wspomagającym rośliny w sytuacjach stresowych jednak nie zastąpią przeprowadzenia zabiegoacutew pielęgnacyjnych przed agrofagami w uprawach polowych jak i terenach zielonych

27

WNIOSKI

1 Preparat Asahi SL w zależności od zastosowanej dawki wpływa na

ograniczenie wzrostu grzyboacutew z rodzaju Fusarium

2 Właściwości inhibicyjne preparatu Asahi SL utrzymywały się

w obydwoacutech okresach badań

3 Biostymulator Asahi SL prawdopodobnie może być stosowany do

ograniczenia wzrostu wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju

Fusarium

LITERATURA

1 Bai GH Shaner G 2004 Management and resistance in wheat and

barley to Fusarium head blight Annual Review of Phytopathol (42)

135ndash161

2 Frandsen RJ Nielsen NJ Maolanon N Sorensen JC Olsson S

Nielsen J Giese H 2006 The biosynthetic pathway for aurofusarin in

Fusarium graminearum reveals a close link between the

naphthoquinones and naphthopyrones Mol Microbiol 61(4) 1069ndash

1080

3 Guarro J Geneacute J 1995 Opportunistic fusarial infections in humans

Eur J Clin Microbiol Infect Dis (14) 741ndash754

4 Kołaczyńska-Janicka M 2004 Wieś Jutra 2004 nr 3 s25-26

5 Kozak M 2009 Biostymulator dobry wyboacuter Agrotechnika 3 61-62

6 Maciejewski T Szukała J Jarosz A 2007 Influence of biostymulator

Asahi SL on qualitative tubes of potatoes J of Res and Apll in

Agricult Eng 52(3) 109ndash12

7 Michalski T Groszkiewicz-Janak J Bartos-Spychała M 2008

Skuteczność Asahi SL w ochronie mieszanki jęczmienia z pszenicą

w poroacutewnaniu do siewoacutew czystych Biostymulatory w nowoczesnej

uprawie Warszawa 7-8022008

8 Ogoacuterek R Łobczowski M Pusz W 2011 Wpływ biostymulatora Asahi

SL na wzrost wybranych szczepoacutew Fusarium oxysporum Schlecht

Zeszyty Problemowe Postępoacutew Nauk Rolniczych (w druku)

9 Ogoacuterek R Pusz W 2010 Możliwości wykorzystania biostymulatora

Asahi SL w ochronie roślin na terenach zurbanizowanych Monografia

28

Problemy ochrony roślin na terenach zurbanizowanychrdquo red E

Pląskowska 40ndash46

10 Panasiewicz K Sulewska H Koziara W 2008 Efficacy of biological

and chemical active compounds in protection of Triticum durum against

fungal diseases Journal of Research and Applications in Agricultural

Engineering 53(4) 30ndash32

11 Pokrzywa P Cieślik E Topolska K 2007 Ocena zawrtosci

mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych Żywność Nauka

Technologia Jakość 3(52) 139ndash146

12 Pusz W Pląskowska E 2008 Wpływ stosowania preparatu Asahi SL

na zdrowotność rzepaku ozimego Zesz Probl Post Nauk Rol 531

185-191

13 Saniewska A 2000 Wpływ preparatu Atonik SL na hamowanie

wzrostu i rozwoju niektoacuterych gatunkoacutew grzyboacutew chorobotwoacuterczych dla

roślin ozdobnych Zesz Nauk Inst Sadown i Kwiac 7 145-153

29

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant

ABSTRACT

The machining of austenitic chromium-nickel steel is difficult for several reasons This material is cold hardening and has low thermal conductivity The machining of these materials may cause sticking of the material to the tool which can cause instrument fracture and the loss of his cutting ability These facts put heavy demands on cutting tools One possibility to machine austenitic steels is their machining with tools of HSS and HSS-PM at cutting speeds in the range of 10mmin to 35mmin These tools are characterized by high toughness and sufficient hardness at lower temperatures In order to prevent loss of hardness of the tool at high cutting temperatures was used ionized air (ozone) as an organic process medium which is characterized by strong oxidizing effects and relatively high thermal conductivity The aim of partial experiments were performed to identify the impact of application of this gaseous medium for tool resistance and cutting parameters influence changes in quality of machined surface Article was a direct support of the Ministry of Education to tackle the grant project VEGA no 1088510

Key words ozone austenitic steel HSS the roughness of finished surface wear

USED MATERIAL

Corrosion- resistant austenitic steels due to their increased resistance to corrosion used in larger quantities than ferritic and martensitic corrosion- resistant steel[9]

The most commonly used types of austenitic corrosion-resistant steel is steel with the designation of 14301 (17 to 195 Cr 8 to 105 Ni 007gt C) [9]

Usually these steels are supplied in the soft annealed condition and annealed to soft and cold drawing condition This material is characterized by large strain hardening of cold low thermal conductivity and greater susceptibility to sticking to the cutting tool Machinability is thus very complex In general these steel is difficult machinable than steel alloy

30

The reason of cold hardening is the conversion of austenite into martensite at high strain rate The cold hardening effect can be so intense that the machined surface may result points to an extremely high hardness 400 to 500 HB with a thickness of 01 mm This fact is very important in the choice of cutting tool geometry while a negative front angle and cutting tool wear increasing the hardened layer Positive front angle and sharp cutting edge tool acting contrary As for the cutting conditions it is appropriate to choose the depth of cut and feed rate so that the tool during the machining can get behind the hardened layer [26]

Low thermal conductivity is a problem that affects the choice of cutting tool material Heat from the primary and secondary deformation is not preferentially drawing- off with a chip and also heat transfer from the zone of cutting back in the material is limited The reason is the high content of chromium as alloying element which reduces the thermal and electrical conductivity In the area of cut remains more heat which prejudicing tool life [3411]

USED COOLANT

As a cutting environment (gaseous coolant) was used ozone In the case of machining of austenitic corrosion-resistant steel has not been possible to fully exploit the effects of wetting and lubricating the gaseous coolant because this material is not only resistant to corrosion but also to oxidation Theoretically there could be lubricating effects of strongly oxidizing coolant to rebound on the instruments because there were Co-HSS cutters used without PVD coating and the tools contain only about a quarter of content of chromium from machined austenitic steels Currently PVD coating method provides tools to oxidation resistance This cutting environment was chosen because of its environmental friendliness better distribution to the point of cutting and specific heat capacity which is similar to air and pure Oxygen To generate ozone was used equipment from LifeTech Figure 1 [7]

Intensity of supplied gaseous medium can be controlled by the compressor which is able to transport 14 liters of gas per minute Ozone concentration can be controlled with rotary switch on the ozone generator Ozone is an extract from the workpiece and subsequently neutralized by the neutralization unit

31

Fig 1 Ozone generator with neutralization unit

For the experiments were used cutting tools of high speed steel (HSS-Co) with a given content of alloying elements

Fig 2 Content of alloying elements in tools[8]

THE PARAMETERS OF CUTTING TOOLS

diameter of front cylindercutter-16mm

diameter ofclampingpart-[h6] 16 mm

length of cutting section-32 mm

mill-length- 92 mm

4 teeth

uniform spacing of teeth

without PVD coating

front angle γ = 12 deg

N-type universal milling machines suitable for materials up to 900 Mpa

a tooth through the center [10]

32

PARTIAL EXPERIMENT

Currently for machining of austenitic corrosion-resistant steels are most used tools from sintered carbides that compared with conventional cutting tools from high speed steel and high-speed steels produced by powder metallurgy retain their hardness also at higher cutting speeds Sintered carbides however lagged behind the tools of HSS and HSS-PM with their toughness feed rate per tooth and price Tools of HSS and HSS-PM can be after wearing free of coantig grinded and re-coated Increasing of cutting performance for tools from HSS and HSS-PM is possible by increasing the axial and radial depth of cut If we want change the cutting conditions we must respect the stability of cutting process[15]

Cutting power 310 fep vaaQ [cm3min] (1)

ap- axial depth of cut

ae- radial depth of cut

vf- feed rate [5]

This partial experiment was realized aimed to investigate the effects of change of cutting parameters on the resulting machined surface measure the impact of used coolant on the wear of cutting tools and get results (etalon) for multicriteria evaluation of cutting properties of cutting tools from high-speed steels produced by conventional and powder metallurgy According to the literature HSS Milling Smart Guide is for uncoated cutting tools made of HSS-Co determined a maximum cutting speed to value from 10 to 15 m min During this experiment was achieved in three cases a maximum cutting speed 29 m min and in each case there was not a wearing on the back surface The cutting parameters were changed spindle speed (cutting speed) and feed per tooth All experiments were carried out as co-milling The length of the milling area in each case was 100 mm Roughness values were measured using the Mitutoyo SJ-device 400th Each of the machined surfaces was evaluated by 3 - times and the average value was recorded in the chart

Cutting parameters were

spindle speed - 290 360 580 [revmin]

feed per tooth- 00078 00125 00155 0015 0024 0025 003 004 005 [mmzub]

radial and axial depth of gut- ap= 8mm ae= 2mm

33

CONCLUSION

Fig 3 Character of machined surface

The best values of roughness characterized by a roughnessheightofroughnessprofileRzhave been achieved in terms of spindle speed 580 rpm and feed per tooth of 0015 mm Similar values were reached at a speed of 360 rpm and feed per tooth of 00125 and 00243 mm Properties of appliedcoolantcould notbeusedinfull because theworkpieceischaracterized byhigh resistancetooxidation This preventstheformationof oxidizedlayeron theworkpiece whichwoulddirectlyat thecutting siteact as a lubricatinglayer

Therefore wasusedonlythe coolingcapacityof gaseousmediaanditsability tobetterpenetrateinto thecuttingsite Coolingeffectandability topenetrateinto thecuttingsite however weresufficient Lower cutting speeds compared with cutting speeds applied during the machining with hard metals ensured that there is no curing a thin layer of workpiece before the cutting tool ergo the workpiece material was not exposed to high strain rate In the implementation of other experiments can take advantage of HSS tools machining with high axial depth of cut Increasing the axial depth of cut would provide burden reduction by-bit per unit of its length and also would increase the cutting performance To increase the durability of cutting tools could be used air stream cooled to -5 deg C and more On the test instruments was also observed on the back surface wear VB as well as other forms of wear The maximum wear value VB which was measured on the back surface of cutting tools after time 20 min was 02 mm In the case of one instrument was observed brittle fracture where there is destruction of three teeth and hence the loss of the cutting ability of the instrument

All performed experiments showed that the examination of cutting materials for the application possibilities is justified not only in terms of technology but also from an economic point of view

34

REFERENCES

[1] HUMAacuteR Anton Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha MM publishing sro 2008 242 s ISBN 978-80-254-2250-2

[2] KUDELA Miroslav Sandvik Prekladateľ Priacuteručka oraacuteběniacute Praha Sandivik CZ sro za pomoci nakladateľstva Scientia sro 1997 918 s ISBN 91-97 22 99-4-6

[3] VASILKO Karol Analytickaacute teoacuteria trieskoveacuteho obraacutebania Prešov Fakulta vyacuterobnyacutech technoloacutegiiacute TU v Košiciach so siacutedlom v Prešove 2007 338 s ISBN 978-80-8073-759-7

[4] VASILKO Karol HRUBYacute Jindřich LIPTAacuteK Jaacuten Technoloacutegia obraacutebania a montaacuteže Bratislava Alfa 1991 494 s ISBN 80-05-00807-4

[5] BACH Pavel HSS naacutestroje z PM oceliacute pro vyacutekonneacute a ekonomickeacute freacutezovaacuteniacute titanovyacutech slitin MachiningampTooling Magazine 22009 50-54

[6] LUKOVICS I BIacuteLEK O High Speed Grinding Process Manufacturing Technology8 2008 12-18 ISSN 1213248-9

[7] MATIJA Rudolf MIŠIacuteK Ladislav HLOCH Sergej Využitie procesnyacutech meacutediiacute StrojaacuterstvoStrojaacuterenstviacute 22009 2-3 ISSN 1335- 2938

[8] HSS Smart Guide 01 Introduction[online]Available on the internet httpwwwhssforumcomSmartGuideENhtm

[9] Inox spol s ro vlastnosti antikorovyacutech materiaacutelov[online] Available on the internet httpwwwinoxspolcznerezova-ocel-14301html

[10] Freacutezovacie naacutestroje[online] Available on the internet httpwwwzps-fncz

[11] Vplyv legujuacutecich prvkov na vlastnosti oceliacute[online] Available on the internet httpwwwfpttnuniskkfimpredmetyrocnik1nauka_o_materialipdfvplyv_legujucich_prvkov_na_vlastnosti_ocelipdf

35

Bilous Oleksiy Solop Andriy

LvivNationalAgrarianUniversity Mechanics and power faculty

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode

material

ABSTRACT

In work the analysis of the literary data connected with use of an electro-spark alloying for tool hardening is carried out

Necessity of working out new tungstenless electrode materials with eutectic structure for improvement of technologies of an electro-spark alloying is proved Therefore the structure new eutectic system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li alloy has been developed the manufacturing techniques of an alloy are offered by a sintering method

Analysis carrying out received a new alloy by means of modern a research method was the following stage researches namely electronic spectroscopy on microprobe JAMP-10S (JEOL) where it is established that the alloy break has viscoplasticitycharacter and at it there are all elements of system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li The x-ray-phase analysis on diffractometerwith use monochromatic Coα - radiation has shown to Dron-UM1 presence in an alloy of following phases α-Fe Fe3 (B C) Fe2B Fe3 (Si B)

Work is written on 23 pages to the text consists from introduction 5 sections contain 3 drawings and 2 tables

Keywords an electro-spark alloying eutectic alloy fractographyof a break a x-ray-phase method

INTRODUCTION

The analysis of row of works about creation of new electrode materials for an electro-spark alloying (ESA) shows that lately prevails tendency to development of tungsrenless of electrode materials [1 2 3] It is related to the greater economy and possibility of replacement of deficit a tungsten and cobalt By confirmation there are numerous researches it from the receipt of alloys with an eutectic structure [4-5] that are dispersible are the fixed alloys with optimum correlation of hardness and plasticity due to a presence in the structure of plastic matrix and reinforcing phases Correlation of such phases can be purposefully changed arriving at thus the receipt of eutectic alloys with the set complex of their properties

36

That touches wearproofness of coverages which are inflicted from such eutectic alloys and in particular by an electro-spark treatment the optimum ranges of correlations of elements of alloy are in this case possible also and at the same time plastic and reinforced phases which change his wearproofness substantially

1 GROUND OF CHOICE OF ELEMENTS FOR ALLOYING OF THE SYSTEM FE ndash MN ndash C ndash B THEIR CONCENTRATIONS AND DEVELOPMENT OF COMPOSITION OF COMPONENTS OF ELECTRODE ALLOY

For base material chosen the system Fe ndash Mn ndash C ndash B which allows to get in a structure carbides and metals boride that promotes hardness wearproofness thermal stability and corrosive firmness considerably [6]

Basis of coverage (iron) is a main element which is included in composition of toolpiece and forms hard solutions compounds and carbides A carbon and coniferous boron form with iron an eutectic and also ultrastrong carbides and boride In addition it has high enough diffusive penetrating in the process of satiation of basis of coverage and as marked higher they effectively form hard solutions and compounds Borides also high firmness to the abrasive wear as compared to refractory carbides and oxides [7]A manganese have high properties of bringing together with iron and can easily replace it in carbides simultaneously promotes plasticity and their dispersion at the maintainance of high durability and thermal stability It also is a good carbide creative element

Is a manganese instrumental in displacement αrarrγconverting into the side of considerably lower temperatures Speed of flowing of diffusive processes which slows speed of transformation of austenite in martensit diminishes thus [6]

The analysis of diagrams of the state shows [6] that with the purpose of formation of coverages of eutectic type they must have the followings concentrations of elements (on weight)

860 974 iron

22 13 to the manganese

04 to a 15 carbon

to 35 coniferous boride

Accepting the alloy of Fe ndash Mn ndash C ndash B for basis in the range of concentrations which the eutectic melting (see higher) is at to it finished mixing such elements as a chrome and silicium that allowed substantially to promote the level of mechanical descriptions (hardness wearproofness) and corrosive firmness

37

As known introduction of silicium which is included in a solution with iron (to 15) substantially promotes hardness and limit of durability of alloy at high temperatures and at low - offers resistance corrosion Also does silicium narrow the limit α-solution (more than 3) an alloy up to the temperature of melting feels no phase transformations

Introduction of chrome from 6 to 20 considerably promotes corrosive firmness at to simultaneous influence of mechanical tensions[6]

It should be noted that mixing in refractory admixtures (does the temperature of melting of chrome and silicium exceed 1400 Co and 1500 Co accordingly) does not result in the increase of temperature of synthesis of coverage so as there is the partial melting of charge at their receipt but fusion which appeared muffles the not cut-in particles of powder-like mixture as though a diffusive redistribution is considerably initiator them on all volume of liquid phase [8 9]

A wearproof eutectic alloy was thus developed with the high enough level of physical - mechanical parameters [10] which is used for overcoating on a toolpiece

For the receipt of the indicated eutectic alloy such components are used Ч - 20 B2O3 Fe Mn FeCr FeSi Therefore harmful admixtures - sulphur phosphorus appear in his composition oxygen but other These harmful admixtures sharply reduce the complex of physical ndash mechanical properties of material because they take place on borders of grains and it does material fragile less plastic The results of researches assert that in material is phosphorus to 008 and sulphurs to 009

Consequently to promote the complex of physical - mechanical properties of material and with it official properties of toolpiece such as longevity wearproofness reliability volume of the taken off shaving to our opinion it is possible by introduction to his composition of new element which would have large bring together to phosphorus sulphur oxygen and other components and would provide cleaning of border of grains from these harmful admixtures

The analysis of literary data shows that one of the most effective elements lithium can come forward in such role [9] Mixture in to the alloy of lithium promotes mechanical properties and corrosive firmness the limit of fluidity and durability hardness rises in particular treatment gets better cutting [11] Lithium in steels and alloys having a high cognation to oxygen sulphur and phosphorus used for degassing and also for bundle sulphur and phosphorus [12 13] Introduction of lithium strengthens general desulfuration of alloy condense a structure near-by grains purges from phosphorus and excretions of oxide that the wearproofness promotes in an aggregate

Thus supposition is done that known and used by us in previous researches [14 15] the eutectic alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr for

38

the increase of firmness of cutting instrument at treatment of materials at alloying his lithium can give an additional positive effect in relation to firmness of cutting instrument

It should be noted that lithium with a groundmass (by iron) does not co-operate practically It follows from literary information that lithium does not dissolve in hard iron Boiling lithium (boiling point 1370 Co) erose the iron but diffusions of lithium in iron to 1200 Co it is not observed [12]

Like does lithium co-operate with a carbon which only at a temperature 165 Co forms an eutectic (at 01 on mass of lithium) [13] The analysis of diagrams of the state of lithium shows with a chrome and silicium that a to 5 (on mass) lithium does not have co-operation both in the liquid (two liquid liquids which are unmixed appear) and in hard state [13]

There is not information about co-operating of manganese with lithium We know well that a manganese without restriction dissolves in iron both in the liquid and in hard state thatrsquos why probability of co-operation of it with lithium absents practically Boride at co-operating with lithium in correlation 16 forms black powder Research X-ray structural show that powder is mixture of the coniferous of boride and unidentified boride of lithium [13] It is therefore impossible to do a certain conclusion neither about his composition nor about his structure

It is possible to draw conclusion from higher said that with basic components which form eutectic material of the system Fe-B-Mn-C-Si-Cr lithium does not co-operate practically what can not be said about harmful admixtures which appear in this alloy at his synthesis At co-operating of lithium with sulphur does the sulfide of lithium (Li2S) appear at the temperature of melting 975 Co [13]

Phosphorus with lithium forms two phosphides of LiP and Li3P at what Li3P has a hexagonal grate as Ni3As ( a=4273 Aring s=7594 Aring) [13] Lithium well co-operates with oxygen forming oxides Lio2 has a face-centered cubic grate as CaF2 (a=4602 Aring) Li2O2 has a tetragonal grate ( a=549 Aring s=776 Aring) [13]

From literary sources evidently that lithium links harmful admixtures intensively that substantially can promote the level of physical ndash mechanical properties of eutectic material

2 FEATURES OF TECHNOLOGY OF CAUSING OF WEARPROOF COVERAGE AN ELECTRO-SPARK ALLOYING

As known electro-spark treatment of metals in particular an electro-spark alloying of metallic surfaces is based on the use of the phenomena which accompany instantaneous liberation of electric energy This process is characterized the high temperature of incandescence of spark by ionization of interelectrode space

39

As at ESA the short at times impulses of electric current flow by duration from 10-3 to 10-5 seconds taking of heat on an electrode from the place of digit to periphery is not provided the heat-conducting of metal and due to it the small volumes of superficial layer are added sharp fluctuations in a temperature ndash from the temperature of boiling of metal of electrode to the temperature in a few ten of degrees

As a result of it at first the change of structure of superficial layer of metal takes place secondly the presence of high ionization of interelectrode interval creates necessary terms for flowing on the metallic surface of chemical reactions which causes the change of composition of superficial layer of metal

The result of ESA depends on

technological parameters (electric mode and specific time)

optimum combination of materials of electrode and processed good

external of the processed good environments

qualifications of operator

The electric mode which is determined the size of energy which is selected in an interelectrode interval influences on intensity of process of ESA that is why there is a necessity to manage this size in the operating setting of ldquoElitron-20rdquo The different modes of treatment which engulf the considerable range of powers both for realization of ldquoroughrdquo are for this purpose foreseen and high-precision processes of ESA

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimeters of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maхimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximum limit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

The different modes of treatment are used depending on requirements to the processing surface its cleanness wholeness thickness and porousity of the inflicted layer and also to the possible size of transitional area (thermal affected zone which is located under a superficial layer in which diffusive processes take place) On the minimum modes of treatment that than less energy of impulses of current the less is a thickness of layer got

40

in time unit on unit of surface but the top quality of the inflicted coverage The small thickness of transitional area (especially on the tempered materials) takes place in this case and the inflicted superficial layer is most closeness and his surface is cleaner in all Very often it follows to give advantages the fixed skims than to get thick layers which are more porous and more fragile The maximum modes of treatment (when more energy is selected in every single impulse) result in the transfer of greater portion of material Mainly the thickness of coverage makes 10200 mkm with the height of inequalities of type within the limits of Ra of =25100 mkm by a wholeness more than 80

In quality electrodes different condactive materials are used

The effect of ESA largely depends on external of good environments During working as a toolpiece which is fixed ESA by a method often intensification of the cutting modes is instrumental in the additional increase of firmness A not less value for achievement of positive results of application of ESA has qualification of operator To failings which arise up during unskilled labour flashing off of cuttings verges low wholeness and unevenness of coverage presence of humps belong and temperings

Taking into account it is all higher said in quality the sequence of works for ESA of cutting instrument and laboratory standards the following flowsheet was accepted (Fig 1) preparation of surface of the fastened good direct treatment of ESA of this surface on the certain modes of technological process control of quality of the inflicted coverage

Quality of the fixed layer of cutting instrument especially durability of his tripping with basis substantially depends on preparation of cutting verge of chisel The process of preparation of surface is included by two stages depriving of fat and tooling of surface for overcoating Depriving of fat carried out in well-known solvents (except for ethyl petrol to the acetone and others like that) After depriving of fat removed tracks of corrosion possible dross other contaminations by polishing and took a surface to metallic brilliance

As a result of numerous tests of process of ESA by an eutectic electrode on setting of Elitron-20 with different technological parameters the most optimum modes of causing of an electro-spark coverage were accepted on the cuttings edges of cutting instrumentcapacity of story condensers of C = 470 mkF amplitude of impulses of tension on the condensers of U = 42 B working current of Ip=5 A energy of high bit of W = 037 JouleSuch regime parameters are accepted as a result of the detailed analysis of influence of the factors described higher on the process of ESA

On the cutting instrument of electro-spark coverage after the given modes it is accepted the basic stages of technological process of causing

rapprochement an anode (to the electrode) is with a cathode (by good)

41

hasp of workpiece-to-electrode

decatenation from to the anode of drop of molten metal

explosion of molten drop

besieging of material an anode is on a cathode

a contact of electrode is with the surface of good

divergence of electrode is with the surface of good

Control of quality of the inflicted electro-spark coverage was carried out an external review and 4-10 x whether by magnifying glass (ГОСТ 8309-75)

Preparation of detail

Depriving of fat of surface

of detail

Avoil

Preparation of equipment is for causing of EIL

Choice of the modes of operations of EIL

Establishment

Cathode of detail is on a

metallic surface

Fixing in the

vibrator of Anode

electrode material

Rapprochement an anode is with a

cathode

-----------------------------

Causing of EIP is on a

detail

Control of quality of an electro-spark coverage

Magnifying glass

42

Fig 1 Technological flow-chart of causing of an electro-spark coverage

3 STRUCTURE AND BASIC PHYSICAL ARE MECHANICAL PROPERTIES OF ELECTRODE ALLOY AND WEARPROOF ELECTRO-SPARK COVERAGE

Erosive firmness of eutecticum alloys in the process of ESA depends on the row of physical and thermal constants of alloying elements which characterize force of interatomic connection and inflexibility of crystalline structure of alloy that those factors which influence on correlation of liquid and hard phases in the products of erosionWill mark that transference of electrode material at ESA is carried out actually in liquid and hard forms that promotes descriptions of mass transfer and improves quality of surface A presence in the structure of eutecticum alloy of fusible eutecticum is predetermined by an increase as compared to the tungsten alloy of erosion an anode and increase a cathode in 23 times The coefficient of transfer is here increased to 93 [ 16]

The fractographies of fracture of eutectic electrode alloy are presented on Fig 2 The fracture of alloy in swingeing majority has viscidly plastic character with the strongly ramified structure of surface

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimetre of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maksimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximumlimit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

a) b)

43

Fig 2 Fractographies of fracture of electrode eutectic alloy (a b) x 300 An image is in the second electrons

Spectroscopy researches of eutectic electrode alloy by the method of electronic spectroscopy rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles which was added an analysis In a spectrum there are all basic chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy Except for it high sensuality of method to the easy elements in the high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in very small concentrations

The standards of electrode alloy as fine-grained conglomerates for providing of reliable output of current pressed in in an indium The presence of indium in this spectrum is explained to intentional out-of-focus the probe of to 50 nm for determination of content of elements for the surfaces of fracture A form and size of peaks of oxygen and carbon (as to the antagonist of process of oxidization) allows to think about the low degree of oxidization of surface of fracture

Study of coarse-fine low power part of spectrum allowed to find out weak lances This phenomenon can be explained a segregation on-the-spot fracture of elements with high diffusive mobility such as sulphur and phosphorusIn the resulted spectrum of lance of electrons of iron imposed with high exactness on basic lances of manganese which does uttery difficult their division with the purpose of quantitative analysis

Complete record of distributing of chemical elements stabilizing of them served as a criterion on the depth of standard On border of distributing (transitional layer) formation of tape of oxide took place in the process of making of standard

By a X-ray phase analysis in the standard of electrode alloy found out four phases (table 1)

Table 1Crystalgeometrical of description of structural constituents in an electrode alloy

Phase Spatial

group Size of crystalline grate nm

а b С

1 - Fe Im3m 02867(1) - -

2 Fe3(CВ) Pbnm 04572(1) 05110(1) 06713(1)

3 Fe2B I4mcn 05115(1) - 04249(1)

44

Basic phase - α-Fe with the period of body-centred cube (BCC) grate ndash 2867(1)Aring For quantitative composition such phase is register the phase of type of cement carbide with a rhombic grate - Fe3(CB) (a=4572(1)Aring b=5110(1)Aring c=6713(1)Aring) Taking into account the difference of the resulted periods of grate in relation to such in clean Fe3C it costs to assume that in our case substituted for part of atoms of Fe other atoms (Mn Cr)The third registered phase in a feedstock for an electro-spark alloying was a tetragonal phase of boride iron - Fe2B (a=5115(1)Aring s=4249(1)Aring)Other lines (tabl1) which remained on the diffractogram of initial standard satisfactorily index within the framework of rhombic structure of isomorphic cement carbide in which substituted for a carbon silicium - Fe3(SiB) (a=4468(1)Aring b=5335(1)Aring s=6670(3)Aring)It should be noted that there is a two-bit of austenite in a standard however much all his lances coincide with the strong imprints of other registered phases

Thus as a result of researches of structural constituents of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li and it basic physical ndash mechanical properties it is set that the eutectic of Fe-B-C will be realized in this system Will mark as chance offers that the basic system Fe-Mn-C-B has two eutectic areas [6] the eutectic of Fe-Mn-C and Fe-B-C can be realized in whichTherefore given higher in a table a 1 phase composition of eutectic electrode alloy substantially differs from phase composition of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr (is there a presence in the α - Fe and γ - Fe manganese carbide of iron of Fe04Mn36C and Fe3C) which was used for causing of ESC during the leadthrough of comparative researches of wearproofness of instrumental steels Concerning ESC got from the eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li it should be noted that phase composition of such coverage is adequate phase composition of eutectic electrode alloy but structurally ESC and in this case has the appearance of ldquowhite layerrdquo

The characteristic type of the inflicted electro-spark coverage with the use of eutectic electrode material is rotined the method of ESA on Fig3

Fig 3 General view of electric spark coverage of inflicted ESA (x 70)

4 Fe3(SiB) Pbnm 04468(1) 05335(1) 06670(3)

45

Erosive fossulas which appear under an action on metal ground of high bits take shape which depends on the diameter of electrode and angle of his slope to the plane of basis The diameter of fossulas made 05hellip08 mm depth of penetration in basis of 80 ndash 120 mkm width of the thermal affected (TIZ) of 70hellip100 mkm zone Within the limits of TIZ there is growing of grain shallow under the action of a spark digit The same and also by the involuntary extrass of material outside a fossula the presence of microcracks is explained on the bottom of fossula and them too uneven microrelief

On the next stage of researches conducted the estimation of tribocharacteristic of an electro-spark coverage (ESC) on the machine of friction of СМЦ ndash 2 which was carried out at the friction of chisel with a counterbody at different speeds (6 ms and 9 ms) and loading 20 H Time made works 300 seconds The wearproofness of chisels was estimated after a gravimetric wear by coverages

Results rotined that maximum values of concentration of elements of the basic system Fe ndash Mn ndash C ndash B is chosen coming from possibility of receipt of alloys of eutectic type in obedience to the diagram of the state [6]

Content of additional alloying elements (to the chrome silicon) is limited possibility of receipt of alloys with an eutecticstructure and enhanceable physical ndash mechanical properties of coverage which is well described in-process [6]

That touches an alloying element (to lithium) his introduction to composition of material less than 03 inadvisable because this concentration does not allow fully to remove (to link) harmful admixtures such as P S O2 that take place on borders of grains The effect of introduction of lithium goes down these in composition of electrode material

Exceeding of maximum value of lithium (115 on mass) also worsens the level of mechanical and operating properties of coverage due to appearance in his structure of free (unconnected) lithium because it practically does not co-operate with basic alloying elements It sharply

46

reduces descriptions of durability of alloy and worsens wearproofness of coverage

Optimum physical ndash mechanical descriptions of coverage from point of wearproofness take place at the following composition of components of electrode material C - 08 Mn ndash 35 B ndash 255 Si ndash 278 Cr ndash 975 Li ndash 085 Fe are other correlation of BLi is 31 Thus the high values of wearproofness are marked both in the case of application of steel of U8 and to steel of R6M5

CONCLUSIONS

1 Among eutectic alloys which are recommended for causing the method

of EIL after it physical-mechanical by descriptions a main place is

occupied by materials of the system Fe ndash Mn ndash C ndash B alloyed different

additions which promote their hardness corrosive firmness and

wearproofnessTo the lacks of the indicated systems behaves

circumstance that at the synthesis of these coverages such harmful

admixtures appear in their structure as sulphur oxygen phosphorus

and other which substantially reduce the level of official descriptions of

coverages as a result of their fragilityIntroduction of lithium to

composition such the coverages allows substantially to reduce

negative influence of harmful admixtures From literary information

evidently that lithium is a good deoxidant purges a structure from

phosphorus and promotes desulphuration of alloy that is why

introduction of it to the eutectic alloys can give a positive effect on the

increase of firmness of cutting instrument

2 Technology of receipt of wearproof coverage is offered by the method

of the electro-sparkle alloying with application of eutectic electrode

materials with the admixtures of lithium The optimum modes are set

for technologies of causing of a wearproof electro-spark coverage on

the cuttings verges of cutting instrument

3 Research of eutectic alloy by the method of electronic spectroscopy

rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles

which was added an analysis In a spectrum there are all basic

chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy

Except for it high sensuality of method to the easy elements in the

high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in

very small concentrations

4 X-ray phases did the analysis of eutectic alloy rotin the presence of

phases α- Fe Fe3(BC) Fe2B Fe3(SiB) At research of wearproof

47

coverage registered sciagraphy except for imprints α - Fe γ ndash Fe

maximums of oxide of Fe3o4 After the removal of superficial layer of

coverage of lance of the indicated oxide not registered Are there three

phase constituents on the diffractograms of the polished standards α -

Fe γ ndash Fe and Fe3(B C) Does the amount of austenite make thus ~

5

REFERENCES

1 ВерхотуровАД АлфинцеваРА РогозинскаяАА идр

Свойстваизносо-стойкихпокрытийизэвтектическихсплавовхром ndash

карбид Порошковаяметаллургия- 1984- 3- С 45-50

2 Электроискровое легирование стали безвольфрамовыми

сплавами Коваль-ченко МС Паустовский АВ Кириленко СИ

Середа НН Цыбань ВА Белобородов ЛН Порошковая

металлургия-1984-6-С 47-50

3 Голубец ВМ Пашечко МИ Принципы создания и особенности

формирования эвтектических покрытий из жидкой фазы ФХММ

ndash 1984-6-С 25-29

4 Голубец ВМ Долговечность эвтектических покрытий в

коррозионных средахndashК Наук Думка 1990 ndash 118 с

5 Глухов ВП Боридные покрытия на железе и сталиndash

КНаукДумка1970ndash208 с

6 Пашечко МИ Голубец ВМ Чернец МВ Формирование и

фрикционная стойкость эвтектических покрытий- К Наук

Думка1993 ndash 344 с

7 Пашечко МИ Голубец ВМ Способ получения эвтектических

термо-диффузионно-наплавленных покрытийМеталловедение и

термобрабметаллов- 1989-6-С26-30

8 Голубец ВМ Пашечко МИ Износостойкость покрытий из

эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-B ndashК Наук Думка- 1989ndash

160 с

9 Мальцев МВ Металлография тугоплавких редких и

радиоактивных металлов и сплавовМ Металлургия 1971-487 с

10 Голубець ВМ Білоус ОВ Триботехнічні властивості зміцнених

електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей

при точінні деревинних матеріалів Науковий вісник Збірник

48

науково-технічних праць ndash Львів УкрДЛТУ ndash 2002- Вип 122 -

С 107 ndash 116

11 Свойства лития Гришин ВК Глазунов МГ Аракелов АГ

Вольдейм АВ Македонская ГС ndash М Металлургиздат 1963 ndash

115 с

12 Хансен М Андерко К Структуры двойных сплавов ndash М

Металлургиздат 1962 Т2ndash 707 с

13 Эллиот РП Структуры двойных сплавовndash М Металлургия 1970

ndash 642 с

14 Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості

ріжучого інструменту Білоус ОВ Голубець ВМ Юга ОЙ Гасій

ОБ Науковий вісник Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ

століття наука освіта технології ndash Львів Престиж інформ -

1999- Вип 95 ndash С 239-245

15 Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні

деревини Білоус ОВ Голубець ВМ Гасій ОБ Юга ОЙ

Науковий вісник ndash Львів УкрДЛТУ 2000- 111 ndash С 88-89

16 Гасій ОБ Розробка евтектичних електродів для електроіскрового

зміцнення деталей машин і оснащення Автореф дисhellip канд техн

наук 050201 ФМІНАН України ndash Львів 1993 ndash 16 с

49

Inż BolestaJoanna Dr inż CzekalskiDariusz

Katedra Podstaw Inżynierii Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za

pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the

tracking plane in years 2006 ndash 2010

SUMMARY

The aim of the study concerns the statistical analisys of hourly values of the solar irradiance coefficient of variation on the tracking plane based on data provided by the Faculty of Production Engeenering of Warsaw University of Life Sciences in years 2006 ndash 2010 The registered irradiance measures expressed in Wm2 are conducted every minute in use of pyranometers on three different planes horizontal southern and tracking plane The effects of this consideration are helpful due to the efficiency evaluation of the tracking plane functioning and also to the elimination of measurement errors connected with the Sun ndash tracking device The improvement of solar heating systems efficiency comes along with the increasing interest in renewable sources of energy in which solar radiation energy considered as the clean green energy and practically unlimited stands for one of the most crucial positions in Poland

WSTĘP

Silna i rozwinięta gospodarka energetyczna stanowi fundament prawidłowego funkcjonowania zaroacutewno w sferze globalnej jak i lokalnej każdego państwa i regionu Jednak duży postęp technologiczny ktoacuterego następstwem jest coraz większe zużycie energii wiąże się także ze stałym zmniejszaniem się zasoboacutew nieodnawialnych źroacutedeł energii Obecnie obserwuje się dwie tendencje dotyczące gospodarowania energią Pierwsza z nich dotyczy poprawy efektywności wykorzystania konwencjonalnych źroacutedeł energii oraz racjonalnego ich eksploatowania Druga natomiast określa rozwoacutej gospodarki energetycznej w kierunku odnawialnych źroacutedeł energii (OZE) ktoacutery determinowany jest przez akty prawne Unii Europejskiej (Pakiet Klimatyczny tzw 3x20) bądź Protokoacuteł z Kioto czyli międzynarodowe porozumienie w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałania tzw globalnemu ociepleniu [1] [2] Najważniejszym źroacutedłem energetycznym warunkującym procesy w atmosferze Ziemi jest Słońce Jako źroacutedło energii Słońce cechuje się niewyczerpalnością zasoboacutew energetycznych oraz największym potencjałem

50

wykorzystaniaw większości miejsc na Ziemi co zaowocowało szybkim rozwojem solarnych systemoacutew energetycznych Aktualnie energetyka słoneczna opiera się na poprawie efektywności i sprawności urządzeń oraz systemoacutew instalacji solarnych cieszy się jednak niesłabnącym zainteresowaniem oraz pozostaje dynamicznie rozwijającym się przemysłem [3] [4]

CEL ZAKRES I METODYKA PRACY

Do celu i zakresu pracy należy wyznaczenie prezentacja oraz analiza godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności natężenia promieniowania słonecznego (irradiancji) padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w miesiącach lipcu i październiku lat 2006 ndash 2010 Materiałem źroacutedłowym jest baza pomiarowa zawierająca dane zarejestrowane ze stanowiska badawczego znajdującego się na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wspoacutełczynnik zmienności definiowany jest jako stosunek wartości odchylenia standardowego do średniego natężenia promieniowania słonecznego Rejestrowane co 1 minutę wyniki pomiaroacutew natężenia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera oraz parametry opisujące temperaturę wilgotność oraz prędkość wiatru zapisywane są jako dobowe pliki programu LBX W wyniku konwersji danych otrzymano bazę arkuszy kalkulacyjnych MS Excel z okresu rozważanych pięciu lat zawierających wartości zarejestrowanego natężenia promieniowania słonecznego Do przeprowadzenia analizy wyznaczonych w kolejnych etapach parametroacutew statystycznych obliczono prawdziwy czas słoneczny dla każdego odnotowanego lokalnego czasu wykonania pomiaru zgodnie z matematycznymi zależnościami W każdym z arkuszy kalkulacyjnych wyznaczono zadane zmienne godzinowe w odniesieniu do wyznaczonego prawdziwego czasu słonecznego przy wykorzystaniu funkcji statystycznych programu MS Excel Obliczono w rezultacie godzinowe średnie natężenie promieniowania słonecznego odchylenie standardowe medianę oraz wspoacutełczynnik zmienności

OBIEKT BADAŃ

Dane empiryczne będące podstawą do analizy wspoacutełczynnika zmienności rejestrowane są na stanowisku badawczym zlokalizowanym na Wydziale Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przedstawionym na fotografii 1

51

Fot 1 Stanowisko badawcze na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW (opracowanie własne 2010)

Pomiary całkowitego natężenia promieniowania słonecznego tj bezpośredniego i rozproszonego wykonywane są przy użyciu pyranometroacutew ktoacutere rejestrują wyniki z trzech roacuteżnych płaszczyzn poziomej południowej oraz nadążającej za pozycją Słońca Ponadto w skład stanowiska badawczego wchodzą czujniki temperatury wilgotności oraz parametroacutew wiatru Pomiary rejestrowane są w odstępach 1 minuty a następnie przewodowo przesyłane do odpowiednich konwerteroacutew i komputera gdzie jako przekonwertowane pliki programu LBX firmy LAB-EL zapisywane są jako pliki dobowe ktoacutere umożliwiają stały podgląd mierzonych parametroacutew według kryterioacutew czasu i wybranej ekspozycji także w formie obrazowej tj wykresoacutew Na fotografii 2 przedstawiono pracownię pyranometryczną z ktoacuterą zintegrowane jest stanowisko badawcze Elementem zasadniczym z punktu widzenia niniejszego artykułu jest pyranometr CM 3 dokonujący pomiaru natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca Na fotografii 3 przedstawiono pyranometr CM 3 znajdujący się na stanowisku pomiarowym na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW

52

Fot 2 Pracownia pyranometryczna WIP (opracowanie własne 2010)

Fot 3 Pyranometr CM 3 śledzący pozycję Słońca stanowisko WIP (opracowanie własne 2010)

WYNIKI ANALIZ I OBLICZEŃ

Przykładowe zestawienie wynikoacutew obliczeń wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca lipca roku 2010 zamieszczono w tabeli 1 Analogiczne opracowania wykonano dla wszystkich miesięcy lipca i października z lat 2006 ndash 2010 Wyniki badań uwidaczniają pewną tendencję dotyczącą zależności natężenia promieniowania słonecznego i wspoacutełczynnika zmienności Przy niskich wartościach natężenia promieniowania

53

słonecznego obserwuje się zaroacutewno wysokie wartości zmienności jak i bardzo niskie Wynika to z faktu iż dotyczy to dni o dynamicznie zmieniającym się zachmurzeniu lub o długotrwałych okresach pełnego zachmurzenia Warto zauważyć że przy wysokim stopieniu zachmurzenia dokładne śledzenie ruchu pozornego a w rezultacie pozycji Słońca nie skutkuje wzrostem odnotowanych sum promieniowania słonecznego

Tab 1 Wspoacutełczynnik zmienności lipiec 2010 (opracowanie własne)

Dzień

Godziny czasu słonecznego

6-7 7-8 8-9 9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

1 102

064

029

045 001 039 045 054 045 068 052 038 017

2 009

003

004

002 001 017 001 020 002 002 002 004 009

3 004

005

006

053 049 044 031 014 002 042 045 093 097

4 015

052

039

039 031 021 026 045 047 037 056 041 094

5 064

003

039

059 047 070 068 044 048 010 011 005 045

6 005

006

028

041 062 028 036 028 059 077 013 011 063

7 033

034

047

047 051 060 059 055 038 050 039 020 030

8 028

034

038

020 015 038 034 041 036 039 040 028 054

9 005

004

006

002 002 017 004 004 010 006 005 005 010

10 004

003

002

001 002 016 004 001 001 002 009 017 018

11 005

003

002

015 001 001 001 001 001 001 002 006 011

12 006

003

002

040 037 031 030 029 044 004 011 006 014

13 013

030

049

010 046 026 035 013 044 032 041 096 081

14 009

029

003

009 007 036 064 044 095 078 048 024 049

15 007

003

002

001 003 030 017 010 002 002 021 011 041

16 060

040

050

004 001 014 031 006 022 021 059 070 020

17 007

004

002

001 030 030 035 021 012 052 017 009 053

18 059

062

039

035 057 024 012 043 023 021 025 064 051

19 025

016

031

052 021 022 029 011 023 027 037 041 036

20 11 09 02 029 023 047 069 048 028 034 025 057 057

54

3 3 7

21 009

004

028

017 018 038 042 025 014 004 024 047 050

22 008

004

002

001 001 001 001 021 001 003 004 009 025

23 012

004

002

001 001 001 004 042 027 039 032 073 052

24 044

076

085

054 039 018 034 046 047 045 082 054 080

25 053

085

041

032 035 034 051 054 036 077 078 018 071

26 033

025

046

016 021 021 032 041 016 022 031 035 023

27 030

023

044

016 013 014 027 016 032 026 023 036 053

28 049

045

021

030 030 037 047 034 048 034 038 070 059

29 019

065

027

033 052 039 077 059 054 032 017 028 047

30 048

035

068

039 033 035 036 027 044 028 031 047 026

31 062

082

034

045 043 044 040 101 052 039 036 024 089

Wykres 1 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu lipcu na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 11 do 12 Jednocześnie ilustruje on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wraz z upływem dnia od godziny 9 w lipcu rosną wartości wspoacutełczynnika zmienności

Wyk 1 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Lipiec 2006 - 2010

0

100

200

300

400

500

600

700

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

025

030

035

040

045

050

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

55

Na wykresie 2 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje w jakim stopniu wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepszym pod względem zmienności okazał się rok 2006 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego w poszczegoacutelnych godzinach

Lipiec 2006 - 2010

0

01

02

03

04

05

06

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

Wyk 2 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca lipca w danej godzinie czasu słonecznego (opracowanie własne)

Wykres 3 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu październiku na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 12 do 13 Jednocześnie przedstawia on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wartość wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca października na przestrzeni badanych lat osiąga relatywnie stałe wartości w godzinach od 9 do 15 Od wschodu Słońca do godziny 9 oraz od godziny 15 do zachodu Słońca obserwuje się gwałtowny wzrost zroacuteżnicowania wynikoacutew pomiaroacutew

56

Wyk 3 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Na wykresie 4 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje stopień w jakim wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepiej pod względem zmienności wypada rok 2010 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego

Wyk 4 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca października w danej godzinie czasu słonecznego

(opracowanie własne)

Wykres 5 przedstawia wyniki poroacutewnawcze wartości średniego natężenia promieniowania słonecznego na płaszczyźnie nadążnej miesięcy lipca i października na przestrzenia badanych pięciu lat od roku 2006 do 2010 Opracowanie dla miesiąca lipca przeprowadzano od godzin od 6 do 18 Poroacutewnanie obejmuje godziny od 7 do 17 według analizowanych godzin dla

Październik 2006 - 2010

0

50

100

150

200

250

300

350

400

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

030

040

050

060

070

080

090

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

Październik 2006 - 2010

02

03

04

05

06

07

08

09

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

57

października Godziny przed 7 oraz po 17 nie dają znaczących wartości do poroacutewnywania przy tak zroacuteżnicowanych miesiącach W przypadku obu miesięcy największe natężenie promieniowania słonecznego przypada na przedział czasowy od 11 do 12 godziny czasu słonecznego

Wyk 5 Poroacutewnanie średniego natężenia promieniowania słonecznego w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Krzywe na wykresie 6 opisują zmienność wynikoacutew badań dla analizowanych miesięcy w okresie pięciolecia Wyniki dla miesiąca lipca odbiegają nieznacznie od wartości oczekiwanych Znacząca roacuteżnica między zestawionymi miesiącami jest zauważalna w godzinach wczesno porannych oraz godzinach wieczornych

Wyk 6 Poroacutewnanie wspoacutełczynnika zmienności w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Lata 2006 - 2010

5074

59966337 6372 6432

6173 60325884

5386

4712

950

2308

2945

34673721 3767

3454

2809

1906

884

0

100

200

300

400

500

600

700

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

lipiec październik

Lata 2006 - 2010

022025

028031

036 037 036 037

039

034031

034 036 037

041

054

0

01

02

03

04

05

06

8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

lipiec październik

58

WNIOSKI

1 Energetyka słoneczna oraz inne odnawialne źroacutedła energii stanowią

alternatywę dla stale kurczących się zasoboacutew paliw wyczerpywalnych

Udział energii z OZE w gospodarce energetycznej jest ponadto

regulowany aktami prawnymi ustawami oraz dyrektywami Unii

Europejskiej

2 Przedmiotem rozważań była analiza zmienności natężenia

promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą

za pozycją Słońca w ujęciu wartości godzinowych Baza pomiarowa

obejmowała dane rejestrowane w latach 2006 ndash 2010 na Wydziale

Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie Przeprowadzone obliczenia

są pomocne w ocenie efektywności pochłaniania promieniowania

słonecznego

3 Lipiec na przestrzeni badanych lat charakteryzuje się wspoacutełczynnikiem

zmienności na poziomie 022 divide 037 natomiast w październiku

wartości oscylują w granicach 031 divide 054 Wyniki lipcowe świadczą

o roacutewnomiernym docieraniu promieni słonecznych do odbiornika

w ciągu badanego okresu W październiku zaś obserwuje się stały

charakter przebiegu krzywej wspoacutełczynnika zmienności w kształcie

litery U Wysokie wartości w godzinach porannych i wieczornych

wywołane są kroacutetszym niż w przypadku lipca czasem operacji

słonecznej

4 Dla obu rozpatrywanych miesięcy wspoacutełczynnik zmienności wraz z

upływem kolejnych godzin dnia rośnie Maksymalną wartość osiąga on

w lipcu w godzinie 13-14 oraz 15-16 i wynosi 037 natomiast

w październiku między godziną 15 i 16 woacutewczas roacutewny jest 054 Taka

roacuteżnica odzwierciedla roacutewnież przebiegi godzinowych wartości

średnich oraz sum natężenia promieniowania słonecznego w ktoacuterych

październik charakteryzuje się dużą niestabilnością warunkoacutew

atmosferycznych i pogodowych w stosunku do lipca gdzie obserwuje

się relatywnie podobny dla wszystkich 5 lat rozkład natężenia

promieniowania słonecznego w ciągu dnia

5 W prognozowaniu efektywności oraz rezultatoacutew działania solarnych

systemoacutew grzewczych i ich stabilności zasadnicza jest analiza

wspoacutełczynnika zmienności Im jest on wyższy tym w dalszej

perspektywie większe komplikacje w zaimplementowaniu i osiągnięciu

prawidłowego standardu działania słonecznych instalacji grzewczych

Na podstawie przeanalizowanych miesięcy widoczna jest zależność

59

między wpływem określonego momentu w roku oraz

charakterystycznych dlań warunkoacutew atmosferycznych (zachmurzenie)

na tę zmienną statystyczną

BIBLIOGRAFIA

1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 200928WE z dnia 23

kwietnia 2009 r w sprawie promowania stosowania energii ze źroacutedeł

odnawialnych

2 Protokoacuteł z Kioto do Ramowej konwencji Narodoacutew Zjednoczonych z

dnia 11 grudnia 1997 r w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałaniu

globalnemu ociepleniu

3 Pomierny W Możliwości wykorzystania energii promieniowania

słonecznego do celoacutew grzewczych w Polsce Centralnej Polska

Energetyka Słoneczna 12003

4 Kosieradzki J Kolektory słoneczne w polskich warunkach

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 62008

60

Brzezina Natalia

Warsaw University of Life Sciences

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold

SUMMARY

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI With its designation as a product of Protected Designation of Origin Styrian Pumpkin Seed Oil PGI joins the company of products such as Champagne Prosciutto di Parma Prosciutto di San Daniele Greek Feta Cheese and Nuumlrnberger Lebkuchen as one of the most well controlled elite and exclusive European specialities What is significatnt is that the whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

INTRODUCTION

Quality is an issue for every farmer and buyer whether dealing with commodities produced to basic standards or with the high-end quality products in which Europe excels EU farmers must build on high quality reputation to sustain competitiveness and profitability EU law lays down stringent requirements guaranteeing the standards of all European products In addition EU quality schemes identify products and foodstuffs farmed and produced to exacting specifications Thus three EU schemes known as PDO (protected designation of origin) PGI (protected geographical indication) and TSG (traditional speciality guaranteed) promote and protect names of quality agricultural products and foodstuffs

The Protected Geographical Indication (PGI) is the name of an area a specific place or in exceptional cases the name of a country used as a description of an agricultural product or a foodstuff

which comes from such an area place or country

which has a specific quality goodwill or other characteristic property attributable to its geographical origin

whose production processing or preparation takes place within the determined geographical area

In other words to receive the PGI status the entire product must be traditionally and at least partially manufactured (prepared processed OR produced) within the specific region and thus acquire unique properties

61

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI Therefore these regional ties should be preserved in order to protect this typical Styrian speciality Hence in 1996 the EU-Commision declared Styrian Pumpkin Seed Oil PGI as a Protected Geographical Indication with article 5 VO(EWG) Nr 208192 The whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

DESCRIPTION OF THE PRODUCT

The Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a dark viscous edible oil used mainly as salad oil Produced from Styrian pumpkin seeds (Cucurbita pepo var styriaca) which grow without skin using a gentle pressing process The oil is rich in polyunsaturated fatty acids and different highly nutritious ingredients

Styria is a state or Bundesland located in the southeast of Austria In area it is the second largest of the nine Austrian federal-states covering 16388 kmsup2 It borders Slovenia as well as the other Austrian states of Upper Austria Lower Austria Salzburg Burgenland and Carinthia The population (as of 2006) was 1203986 The capital city is Graz Styrian pumpkin seed oil is pressed exclusively in the traditional area in the southern Styria (administrative districts of Deutschlandsberg Feldbach Fuumlrstenfeld Graz and environs Hartberg Leibnitz Radkersburg Voitsberg and Weiz) and in the southern Burgenland (districts of Jennersdorf and Guumlssing) but the skinless pumpkin seed are also cultivated (but nor pressed) by the farmers form some parts of Lower Austria (administrative districts of Hollabrann Horn Mistelbach Melk Gaumlnseradorf - only in the judicial district of Zistersdorf- and Komeuburg-Stockerau - only in the judicial district of Stockerau)

The development of Styrian pumpkin seed oil is closely linked to the history of Styria It has been proved that oil was being pressed from pumpkin seeds as early as the 18th century The traditional pressing process and the cultivation of skinless pumpkin seeds developed in Styria Mechanisation of harvesting and processing also developed there

The predominantly moist warm climate in the cultivated areas (Illyrian lower alpine climate in Styria) means that the Styrian oil pumpkin does not ripen until autumn This produces the high unsaturated fatty acids content Cultivation plays a major economic role in the abovementioned areas maintaining the small farm structure there (cultivated area at present around 10 000 hectares) The production of Styrian pumpkin seed oil is an important employment factor and provides income for about 70 commercial

62

oil mills in adjacent areas threatened by depopulation Additionally the consumers prefer Styrian pumpkin seed oil

PRODUCTION TECHNOLOGY

Tradition plays an especially important role in the production of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI The farmers and oil pressers continue to depend on traditional production practices all the while mixing new technology with their traditional knowledge Because of this traditional philosophy the import of exotic pumpkin seeds is strictly avoided and only domestic pumpkin seeds are used in this product

It all begins with the sowing of the seeds in rows in the end of April or beginning of May The rows are spaced so that it is possible for a mechanical hoe to easily till the soil between them Depending on the weather conditions the harvest takes place between the middle of September and the middle of October When the seeds are planted on smaller fields they are still harvested by hand but when planted on larger fields the seeds are harvested by machines The yield reaches around 400 ndash 900kg pumpkin oil seeds per 1 hectare After they are harvested the seeds are directly washed and dried Then the dried and so well storable seeds are then freshly pressed when the oil is needed Approximately 25-3 kg of these shell-less pumpkin seeds are necessary for 1 Liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI

To the dried ground kernels fresh water and table salt is added to form a soft pulp The pulp is roasted for up to 60 min at temperatures around 100degC which results in coagulation of the protein fraction and permits convenient separation of the lipid fraction by pressing This roasting process is responsible for the generation of the typical aroma of the end product The subsequent pressing process is performed under isothermal conditions at pressures between 300 and 600 bar leading to a dark green oil as the end product Since the pressing process is not exhaustive the remaining pressing cakes still contain considerable amounts of the valuable oil Styrian pumpkin seed oil production is still predominantly handcraft and is performed mostly by small regional oil mills The individual small farmers bring in their dried pumpkin seeds and get back the oil as a service of the mill the latter being either paid or pocketing a small percentage of the product A few oil mills produce the oil after buying the pumpkin seeds from small farms in the region Some bigger farms have their own oil production Automated and continuous production exists only in the very early experimental state and is currently not of any quantitative importance However the latter approach is also undesired since one hallmark of Styrian pumpkin seed oil is its individuality and that it is handcraft As a consequence standardization over the dozens of oil mills and the hundreds of different products that are due to individual pumpkin seed batches is very difficult to achieve

63

CONTROL SYSTEM OF ORIGINALITY OF THE PRODUCT

In order to ensure the high quality of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI an efficient system of controls are in place that comprehensively monitor the domestic pumpkin seeds on their way from the field to the oil press and once in the bottle on to the shops shelves The system of controls depends on the internal controls of each producer in combination with external controls performed by the producers collective as well as by an accredited external organization Currently two companies LACON GmbH (Rohrbach) and SGS Austria Controll-CoGesmbH (Vienna) have the authority to conducta the quality control

DISTRIBUTION OF THE PRODUCT

According to information from the Ministry of Agriculture in Austria there are no concrete data on market shares of pumpkin seeds and pumpkin seed oil Also there are no figures on the export of these products because it does not pumpkins own goods number is Therefore it can be given to this subject at this point only some estimates The Styrian pumpkin seed oil production is marketed in to two-thirds directly by the farmers and in one third by the commercial rail The product is available in all Austrian supermarkets The gastronomy business plays also a relevant role as a key distribution channel According to producers the export share of pumpkin seed oil reaches around 20 percent of total production The main export target countries are as follows Switzerland and Germany and the Asian region The net prices of pumpkin seeds moves between 240euro and 260euro per kilo and one liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI costs about 17-20euro

PRODUCERSrsquo GROUP

An important role plays also the producersrsquo group called Gemeinschaft Steirisches Kuumlrbiskernoumll ggA The group was founded in 1998 and was at the time of the creation there were about 950 members (farmers and oil millers) Because of the strongly growing demand in recent years the membership increased significantly so in 2006 it was to around 1600 members and currently there are approximately 2100 members The major aim of the group is to concentrate on the precisely functioning of the control system to expand the knowledge about the product among consumers and to ensure the high quality of the product Therefore they organise several different events and meetings for variety of people Additionally many oil mills and pumpkin seeds producers run small restaurants with dishes containing the special oil

64

VARIETY OF USES OF THE PRODUCT

The scientists have proven that pumpkin seed oil contains many health benefits

antioxidants A C and E selenium and many phytosterols which help reduce the risk of arteriosclerosis heart disease stroke and cancer and regulate cholesterol levels It contains more vitamin E than sunflower corn or olive oil

vitamins B1 B2 B6 D

minerals such as calcium magnesium iron and phosphor zinc and a wide range of trace elements

high levels of essential fatty acids (second only to flaxseeds) producing prostaglandins which regulate heart rate blood pressure and inflammation and aid in fighting infections

significant amounts of vegetable protein

As a German folk medicine it has been used to treat irritable bowel syndrome and with castor oil to rid patients of intestinal parasites Preliminary studies have shown that pumpkin seeds may reduce the risk and alleviate symptoms of benign prostatic hyperplasia (BPH) and improve prostate health The German Federal Institute for Drugs and Medical Devices found that components of pumpkin seeds have positive effect on the bladder and prostate As a massage oil it purportedly relieves tension headaches muscle pain rheumatic problems sprains and redness As a cream it is used for dry skin care dandruff and is said to help prevent stretch marks

Moreover Styrian Pumpkin Seed Oil PGI can be used in a wide range of dishes including pumpkin seed oil scrambled eggs pumpkin seed oil spread sour sliced beef salad marinated fish or sheeps cheese pumpkin seed oil dumplings pork medallions with pumpkin seed oil butter pumpkin seed oil polenta steak with pumpkin seed oil salads ice cream with pumpkin seed oil pumpkin seed oil parfait pumpkin seed oil cake etc

CONCLUSION

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a true gift from nature It is a guaranteed natural speciality an is produced without the addition of other oils food colourings aromas or preservatives It has a typical and one of a kind character that comes from the Styrian ground it grows on The sun-rich climate as found in the South and East of Austria is in addition to the unique earth a prerequisite for obtaining the high quality of this product The production chain system of the Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is so accurately planned that it can be an ideal model of production for many other producers of foodstuff who want to be competitive in the market

65

REFERENCES

1 Fruhwirth G O Hermetter A Production technology and

characteristics of Styrian pumpkin seed oil Eur J Lipid Sci Technol

110 (2008) 637-644

2 Fruhwirth G O Hermetter A Seeds and oil of the Styrian oil pumpkin

Components and biological activities Eur J Lipid Sci Technol 109

(2007) 1128ndash1140

3 httpswwwdafneatproddafne_plus_commonattachment_download

c497124dba0fed0d5fc1e0292acdec05Endbericht_HCBPDF

30042011

4 httpenwikipediaorgwikiStyria 30042011

5 httpstmkagrarnetinfo 30042011

6 httpwwwLK-STMKat 30042011

7 httpwwwsteirisches-kuerbiskernoel-ggaat 30042011

66

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass

SUMMARY

The results of investigations of compaction of the milled biomass of eight plant species intended for energy spartina giant miscanthus topinambourpolygonaceous Virginia mallow willow rose and as well as maize were introduced in this work Milled plant material was compaction on investigative stand equipped in device with hydraulic piston which was steered by hydraulic attachment The experiments were performed at two duration and the pressures of compaction and the three phases of the pressure piston It was found that different combinations of the above-mentioned factors a very significant impact on the final density of milled biomass Susceptibility to compaction of biomass of individual plant species was varied From knowledge information follow recommendations which may be useful in practice for the pressure agglomeration of biomass in the form of pellets or briquettes

WSTĘP

Uzyskanie biopaliw stałych z roślin energetycznych wymaga zastosowania roacuteżnych procesoacutew rozdrabniania suszenia i ciśnieniowej aglomeracji Surowiec z roślin energetycznych należy do materiałoacutew charakteryzujących się dużą objętością przy małej masie Stwarza to problemy przy transporcie przeładunku oraz zwiększa potrzebny na duże powierzchnie magazynowe Aby w pełni wykorzystać zalety materiału z roślin energetycznych jako paliwa należy poddać go zagęszczaniu podczas ktoacuterego można wytworzyć końcowe produkty takie jak brykiety lub pelety Produkty takie są łatwiejsze w transporcie i mogą być potrzebne mniejsze powierzchnie do ich przechowywania Ponadto energetyczna jakość końcowa peletoacutew i brykietoacutew jest większa niż surowca (Hejft 2002)

W dostępnej literaturze znajduje się mało informacji o cechach i parametrach procesu niskociśnieniowego zagęszczania rozdrobnionej biomasy pochodzącej z roślin energetycznych Dlatego też celem pracy było wyjaśnienie wpływu ciśnienia i czasu zagęszczania oraz liczby faz obciążenia na zmianę gęstości zmielonego materiału spartiny preriowej ślazowca pensylwańskiego miskanta olbrzymiego kukurydzy wierzby wiciowej słonecznika bulwiastego rdestowca sachalińskiego i roacuteży wielokwiatowej

67

MATERIAŁ I METODY

W badaniach wykorzystano materiał organiczny z wierzby krzewiastej topinamburu ślazowca pensylwańskiego spartiny preriowej roacuteży wielokwiatowej rdestowca sachalińskiego miskanta olbrzymiego i kukurydzy Rośliny zebrano z poletek Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach ktoacutera należy do SGGW w Warszawie Do zbioru roślin zastosowano 2-rzędową przyczepianą sieczkarnię polową Z374 wspoacutełpracującą z ciągnikiem Ursus1234 z silnikiem o mocy 85 kW Toporowy zespoacuteł rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w gładką płytkę denną i proste łopatki rzutnika z ostrą krawędzią natarcia Przy prędkości kątowej tarczy 1047 s-1 i 10 nożach oraz prędkości zasilania 082 mmiddots-1 osiągnięto częstotliwości cięcia 167 Hz i teoretyczną długość cząsteczek materiału 49 mm

Zrębki lub sieczkę suszono w naturalnych warunkach do wilgotności 950-1385 i następnie zmielono rozdrabniaczem bijakowym wyposażonym w ekran perforowany z otworami o średnicy 10 mm

Na każdym etapie badań wyznaczono wilgotność materiału roślinnego metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13183-1 W tym celu 3 proacutebki materiału z każdej rośliny o masie 20 g zważone na wadze RADWAG WSP 600C z dokładnością 001 g suszono do stałej masy w temperaturze 105oC

Charakterystykę wymiarową zrębkoacutew lub sieczki bądź zmielonego materiału przeprowadzono na separatorze mechanicznym zgodnie z metodyką ASAE S4241 (ASAE Standard 2003) Do pomiaru rozkładu wymiaroacutew cząstek rozdrobnionego materiału użyto po 5 uśrednionych niezagęszczonych proacutebek o objętości 10 dm3 Czas przesiewania proacutebki kontrolowano stoperem a masę poszczegoacutelnych frakcji cząstek ważono na wadze elektronicznej z dokładnością 001 g Jeśli ilość resztek na sicie goacuternym przekraczała 1 całkowitej masy proacutebki reprezentatywną proacutebkę na tym sicie określono przez ręczny pomiar suwmiarką z dokładnością 01 mm Średnią długość cząstek wyznaczono jako średnią geometryczną Kosz sitowy poruszał się z częstotliwością 24 Hz a czas rozdzielenia każdej proacutebki wynosił 120 s Analizę rozkładoacutew wymiaroacutew cząstek pociętych i zmielonych podano w pracy Lisowskiego i inn (2010)

Zmielony materiał zagęszczano z wykorzystaniem hydraulicznego urządzenia zaprojektowanego w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie i wykonanego przez firmę Rockfin Sp z oo (rys 1-2) Urządzenie ma możliwość regulacji siły nacisku przez zmianę ciśnienia roboczego czasu trwania i liczby faz w cyklu roboczym liczby tych cykli a także zmiany średnicy tarczy dociskającej spełniającej rolę tłoka Urządzenie zagęszczające było podłączone do hydraulicznej przystawki napędowej firmy Rockfin Sp z oo

68

Przed właściwymi pomiarami zagęszczania przeprowadzono kalibrację systemu pomiarowego i jego skalowanie Pozwoliła ona na przekształcenie wartości w mV wskazywane przez przyrządy na określone wartości wielkości fizyczne drogi i ciśnienia wyrażone w odpowiednio w milimetrach i barach

Skalowanie przetwornika przemieszczeń przeprowadzono za pomocą podkładek dystansowych Za punkt 0rdquo ustalono dno cylindra zagęszczającego o wysokości 430 mm i średnicy 280 mm Na dnie cylindra układano stopniowo podkładki o grubości 50 mm do chwili gdy tłok osiągnął goacuterne położenie cylindra Dla każdej skokowej zmiany położenia tłoka rejestrowano wskazania miernika przesunięć i ciśnienia Na tej podstawie wyznaczono liniowe charakterystyki obu miernikoacutew Dla przetwornika przemieszczeń otrzymano roacutewnanie h = 0055U + 2092 R2 = 0999 a dla ciśnienia p = 0031U ndash 6341 R2 = 0999 (gdzie h ndash droga trzpienia przetwornika przemieszczeń w mm U ndash napięcie w mV p ndash ciśnienie w barach) Funkcje odwrotne wykorzystano do wyznaczenia wartości rzeczywistych

Porcję zmielonego materiału roślinnego o objętości 25 dm3 odmierzoną za pomocą naczynia miarowego z dokładnością 01 dm3 ważono z dokładnością 20 g Pojedyncza porcja materiału roślinnego podlegała cyklowi zagęszczenia według nastawionych parametroacutew ciśnienia i czasu trwania zagęszczania Skok tłoka rejestrowano przetwornikiem przemieszczeń co pozwoliło na wyznaczenie gęstości objętościowej materiału roślinnego Jeden cykl zagęszczania materiału składał się z trzech faz nacisku ktoacutere trwały 6 lub 10 s przedzielonych dwiema fazami przerw polegającymi na wycofaniu tłoka trwającymi 5 s Czas trwania jednego cyklu trwał 28 lub 40 s i kończył się całkowitym uniesieniem tłoka i wysunięciem płyty wraz z cylindrem

69

Rysunek 1 System sterujący pracą urządzenia i rejestrujący

wyniki pomiaroacutew

Rysunek 2 Tłok z czujnikiem przemieszczeń podczas

zagęszczania

Pomiar masy zmielonego materiału roślinnego o znanej objętości pozwolił na wyznaczenie gęstości usypowej

V

mm nnp

z

(1)

gdzie

mnp ndash masa naczynia z materiałem roślinnym kg

mn ndash masa naczynia kg

V ndash objętość naczynia m3

Podczas procesu zagęszczania zmienia się gęstość materiału w zależności od drogi tłoka Na podstawie tego można wyznaczyć średnią gęstość materiału ze wzoru

)( 0 hhS

m

(2)

gdzie

m ndash masa zmielonego materiału roślinnego kg

h0 ndash wysokość początkowa materiału w cylindrze m

S ndash pole przekroju poprzecznego cylindra m2

h ndash droga tłoka rejestrowana przetwornikiem przemieszczeń m

Do zagęszczania zmielonego materiału roślinnego zastosowano tarczę dociskową o średnicy 225 mm oraz ciśnienie zagęszczania 70 lub 190 kPa

70

ktoacuteremu odpowiada ciśnienie w siłowniku hydraulicznym odpowiednio 22 i 60 bar oraz siła nacisku na materiał odpowiednio 278 i 755 kN

Dla każdej z roślin wykonano po trzy proacuteby zmieniając w kombinacji czas i ciśnienie co łącznie dawało 12 pomiaroacutew dla każdego rodzaju materiału W sumie dla ośmiu roślin wykonano 96 pomiaroacutew

Urządzenie zagęszczające wspoacutełpracowało z komputerem wyposażonym w program sterujący (rys 1) Przetworzone sygnały pomiarowe z czujnikoacutew przemieszczenia i ciśnienia zapisywano na dysku komputera ktoacutere transponowano za pomocą napisanych makr na wartości wielkości fizyczne Dla każdego układu pomiarowego sporządzono wykresy zagęszczania będące charakterystykami zmian ciśnienia i przemieszczenia od czasu działania tłoka na materiał roślinny (rys 3)

Rysunek 3 Przykładowe przebiegi zmian zagęszczania rozdrobnionego materiału roślinnego czas zagęszczania 10 s czas odprężenia 5 s

ciśnienie zagęszczania 190 kPa p ndash ciśnienie h ndash wysokość warstwy materiału roślinnego A ndash początek zagęszczania B-C E-F H-I ndash czas zagęszczania przy stabilnym obciążeniu odpowiednio dla pierwszej drugiej i trzeciej fazy cyklu C-D F-G ndash cofnięcie tłoka (odprężenie

materiału) D-E G-H ndash ponowny nacisk tłoka na materiał roślinny I ndash koniec zagęszczania dla jednego cyklu

Dla każdego odcinka zagęszczania przy stabilnym obciążeniu tłoka B-C E-F H-I (faza cyklu) oszacowano roacutewnania regresyjne zmian gęstości materiału roślinnego od czasu (3 roacutewnania dla każdego cyklu) Parametry roacutewnań wykorzystano do wyznaczenia gęstości materiału na początku i końcu ruchu roboczego tłoka oraz gęstości końcowej zagęszczonego materiału roślinnego w cylindrze Otrzymane wartości gęstości dla zmielonego materiału roacuteżnych roślin oraz dla ciśnienia zagęszczenia (70

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h m

m p

bar

A

BC

D

E F

G

H I

71

i 190 kPa) czasu nacisku (6 i 10 s) i fazy cyklu (1 2 3) opracowano metodami analizy statystycznej z wykorzystaniem pakietu komputerowego Statistica v90

WYNIKI I DYSKUSJA

Na podstawie wynikoacutew analizy wariancji (tab 1) można stwierdzić że na zroacuteżnicowanie wartości gęstości materiału miały statystycznie wysoce istotny wpływ wszystkie czynniki głoacutewne rodzaju rośliny ciśnienie czas i faza zagęszczania Interakcje podwoacutejne i niemal wszystkie potroacutejne okazały się statystycznie istotne Interakcja potroacutejna ciśnienie - czas - faza dla ktoacuterej krytyczny poziom istotności wynosił 0056 była na granicy istotności

Tabela 1 Wyniki analizy wariancji dla końcowej gęstości biomasy w zależności od badanych czynnikoacutew

Czynnik Suma

kwadratoacutew

Liczba stopni

swobody

Średni kwadrat

Wspoacutełczynnik Femp

Krytyczny poziom

istotności

Czynniki głoacutewne

A roślina 157120 7 224457 1636 gt00000

B ciśnienie 155199 1 221712 1616 gt00000

C czas 628692 1 449066 3273 gt00000

D faza 291251 2 291251 2123 gt00000

Interakcje

AtimesB 157120 7 224457 1636 gt00001

AtimesC 155199 7 221712 1616 gt00001

AtimesD 628692 14 449066 3273 gt00001

BtimesC 291251 1 291251 2123 gt00001

BtimesD 688352 2 344176 2509 gt00001

CtimesD 114929 2 574644 4188 gt00001

AtimesBtimesC 117917 7 168453 1228 gt00001

AtimesBtimesD 944091 14 674351 492 gt00001

AtimesCtimesD 983682 14 70263 512 gt00001

BtimesCtimesD 803321 2 40166 293 00560

AtimesBtimesCtimesD 182485 14 130347 095 05065

Reszta 259313 189 137202

Ogoacutełem 209341E6 284

Na podstawie wynikoacutew szczegoacutełowej analizy przeprowadzonej testem Duncana można stwierdzić że najmniejszymi wartościami gęstości cechował się zmielony materiał topinambura i ślazowca pensylwańskiego tworząc grupę jednorodną dla tych roślin (tab 2) Klejoną grupę jednorodną

72

utworzyły wartości gęstości zmielonego materiału miskanta i rdestowca Dla pozostałych roślin wyodrębniono indywidualne grupy wartości gęstości zmielonego materiału

Tabela 2 Test Duncana dla czynnika roślina

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

Roślina

topinambur 33 172152 207065 X

ślazowiec 36 173912 195222 X

miskant 36 184423 195222 X

Rdest 36 187346 195222 X

kukurydza 36 236196 195222 X

spartina 36 248142 195222 X

wierzba 36 354262 195222 X

roacuteża 36 379467 195222 X

Na podstawie szczegoacutełowej analizy wartości średnich gęstości zmielonego materiału roślinnego można stwierdzić że statystycznie istotnie roacuteżniły się one dla kolejnych faz zagęszczania (tab 3)

Dla poszczegoacutelnych czynnikoacutew głoacutewnych i ich poziomoacutew obliczono średnie wartości gęstości końcowej zgęszczonego materiału roślinnego (tab 4) W tabeli tej zestawiono roacutewnież wartości błędoacutew standardowych i zakresy zmienności gęstości obejmujące 95 rozkłady średniej z proacuteby Dla poszczegoacutelnych roślin wyznaczono gęstość początkową będącą gęstości nasypową i w odniesieniu do końcowej gęstości zagęszczonego materiału obliczono przyrost gęstości w procentach

Tabela 3 Test Duncana dla czynnika faza zagęszczania

Faza Liczebność Średnia kgmiddotm-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

1 95 220452 120479 X

2 95 249228 120479 X

3 95 256282 120479 X

73

Tabela 4 Gęstość początkowa i końcowa zmielonego materiału oraz dolne i goacuterne wartości zakresu gęstości wraz z błędami standardowymi dla

czynnikoacutew głoacutewnych

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3

Błąd standardowy

kgmiddotm-3

Dolna wartość

kgm3

Goacuterna wartość kgmiddotm

-3

Gęstość nasypowa

kgmiddotm-3

Przyrost gęstości

Średnia ogoacutelna

285 241987

roślina

Topinambur 33 172152 207065 168067 176236 10275 67

ślazowiec 36 173912 195222 170061 177763 7233 240

Miskant 36 184423 195222 180572 188274 6583 180

Rdest 36 187346 195222 183495 191197 11823 58

kukurydza 36 236196 195222 232345 240046 9447 150

spartina 36 248142 195222 244291 251993 6834 263

wierzba 36 354262 195222 350411 358113 19201 84

roacuteża 36 379467 195222 375616 383318 26451 43

ciśnienie

70 144 220166 0976112 218241 222092

190 141 263808 0991247 261853 265764

czas

6 141 234510 0991247 232555 236465

10 144 249465 0976112 247539 25139

faza

1 95 220452 120479 218075 222829

2 95 249228 120479 246851 251605

3 95 256282 120479 253906 258659

Analizując całościowo otrzymane wyniki badań można stwierdzić że najmniejszą gęstość końcową 1561 kgmiddotm-3 uzyskano dla zmielonego materiału topinambura przy ciśnieniu zagęszczania 70 kPa i czasie zagęszczania 6 s a największą 4037 kgmiddotm-3 dla roacuteży przy parametrach 190 kPa i 10 s

Wystąpiła też prawidłowość że jeśli ciśnienie oddziałujące na materiał było stałe to gęstość wzrastała tylko do charakterystycznego dla danej materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu obciążenia nie wpływało już istotnie na zagęszczanie (Hejft i Obidziński 2007)

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian ciśnienia w zakresie 70-190 kPa cechował się materiał kukurydzy ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2059 kgmiddotm-3 do 2665 kgmiddotm-3 (o 29) a najmniejszą materiał ślazowca (z 1626 kgmiddotm-3 do 1882 kgmiddotm-3 czyli o 16)

74

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian czasu obciążenia w zakresie 6-10 s cechował się materiał spartiny ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2237 kgmiddotm-3 do 2718 kgmiddotm-3 (o 21) a najmniejszą materiał roacuteży gdyż gęstość praktycznie nie zmieniała się i wynosiła około 3795 kgmiddotm-3 Zmiana gęstości końcowej zagęszczanego materiału ślazowca była roacutewnież w zakresie błędu pomiarowego i wynosiła około 1739 kgmiddotm-3

Dla miskanta olbrzymiego kukurydzy i ślazowca pensylwańskiego przy zagęszczaniu biomasy przez czas 6 s w pierwszej fazie nacisku tłoka oddziaływanie obciążenia było zbyt kroacutetkie i nie wystąpiła stabilizacja zagęszczania (rys 4a) Zjawisko takie miało miejsce zaroacutewno przy ciśnieniu 70 kPa jak i 190 kPa Dopiero przy 10 sekundowym zagęszczaniu we wszystkich trzech fazach następowała stabilizacja ale w pierwszej fazie nacisku tłoka czas tej stabilizacji był kroacutetszy niż przy kolejnych (rys 4b) Dla rdestowca topinambura oraz wierzby brak stabilizacji zagęszczania w pierwszej fazie obciążenia zaobserwowano tylko podczas kroacutetkotrwałego nacisku tłoka 6 s i przy największym ciśnieniu 190 kPa (rys 5) Dla zmielonego materiału roacuteży występowała kroacutetka stabilizacja już podczas pierwszej fazy nacisku (rys 6) W przypadku spartiny preriowej w żadnym przypadku nie następowała stabilizacja w pierwszej fazie a przy ciśnieniu 190 kPa i czasie obciążenia 6 s nawet w drugiej fazie nacisku tłoka nie osiągano stabilizacji zagęszczenia (rys 7)

Mimo że obciążenie biomasy tłokiem odbywało się przy stałym ciśnieniu utrzymywanym zaworem proporcjonalnym to w zakresie charakterystyki dynamicznej zaworu występował wzrost gęstości materiału Spowodowane było to relaksacją naprężeń między jego cząsteczkami Ta relaksacja naprężeń zwiększała się po cofnięciu tłoka po fazie zagęszczania i materiał nieznacznie się rozprężał W kolejnej fazie nacisku dochodziło do dalszego wzrostu zagęszczania materiału Znacznie większe roacuteżnice między gęstości materiału zachodziły przy większym ciśnieniu zagęszczania (190 kPa) niż przy mniejszym (70 kPa)

Dynamika zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślinnego była większa dla czasu zagęszczania 10 s niż dla 6 s i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wynosiła odpowiednio 223 i 172

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

75

Rysunek 4 Charakterystyka zagęszczania przy ciśnieniu 70 kPa dla a) kukurydzy w czasie 6 s b) miskanta w czasie 10 s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

Rysunek 5 Charakterystyka zagęszczania materiału rdestu w czasie 6 s a) przy ciśnieniu 70 kPa b) przy ciśnieniu 190 kPa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h m

m p

bar

h

p

h_1h_2h_3

Rysunek 6 Charakterystyka zagęszczania materiału roacuteży przy

ciśnieniu 70 kPa w czasie 6 s

Rysunek 7 Charakterystyka zagęszczania materiału spartiny

przy ciśnieniu 190 kPa w czasie 6 s

Największe zmiany w wartościach gęstości zmielonego materiału roślin wystąpiły w pierwszej fazie nacisku tłoka i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wskaźnik dynamiki zmian gęstości wynosił 146 a w zakresie zmian czasu zagęszczenia 6-10 s wynosił 161 Dla drugiej i trzeciej fazy zagęszczania wskaźnik dynamiki zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślin był podobny ale dla obu faz w zakresie zmian badanego ciśnienia cechował się większą progresją niż w zakresie zmian czasu zagęszczania i wynosił odpowiednio 222 i 24

Na podstawie wynikoacutew zamieszczonych w tabeli 1 można stwierdzić że najbardziej podatnym materiałem na zagęszczanie była spartina preriowa W odniesieniu do gęstości nasypowej przyrost gęstości końcowej zmielonego materiału spartiny preriowej wynosił 263 Był to jedyny materiał ktoacutery zachował progresję zmian gęstości aż do drugiej fazy zagęszczania co uzasadnia potrzebę wydłużania czasu obciążenia Zmielony materiał spartiny zawierał największy udział (47) cząstek najmniejszych poniżej 165 mm (Lisowski i in 2010) Tylko nieznacznie

76

mniejszą podatnością na zagęszczanie cechował się zmielony materiał ślazowca (240) Kolejno w rankingu podatności na zagęszczanie zajęły miejsca materiały miskanta (180) kukurydzy (150) wierzby (84) topinamburu (67) rdestowca (58) i roacuteży (43)

Zmielony materiał roacuteży miał największą gęstość nasypową (2645 kgmiddotm-3) gdyż średni wymiar cząstek wynosił 246 mm (Lisowski i in 2010) co umożliwiało łatwiejsze upakowanie cząstek w stanie zsypnym Dlatego też nie było zbyt wiele wolnych przestrzeni pozwalających na przesunięcie i zagęszczenie cząstek pod wpływem zewnętrznego obciążenia Roacuteża zawierała dużą ilość tkanek zdrewniałych z twardym rdzeniem ktoacuterego zgniecenie nie było możliwe pod wpływem nacisku o stosunkowo małym ciśnieniu 190 kPa

Materiał wierzby zawierał roacutewnież dużą ilość tkanek zdrewniałych ale wymiary cząstek były większe (313 mm) i ze względu że roślina była zbierana w cyklu jednorocznym to zawierała dużą ilość długich części włoacuteknistych (Lisowski i in 2010) Mieszanina zmielonego materiału wierzby była pod względem wymiaroacutew cząstek mniej jednorodna niż roacuteży Zawierała ona więcej wolnych przestrzeni i dlatego gęstość nasypowa była mniejsza niż dla roacuteży i wynosiła 1920 kgmiddotm-3 Pod wpływem poroacutewnywalnego obciążenia zmielony materiał wierzby zagęścił się do zbliżonej wartości (3543 kgmiddotm-3) jak roacuteży (3795 kgmiddotm-3) ale przyrost zagęszczenia był niemal dwukrotnie większy

PODSUMOWANIE

Na podstawie wynikoacutew badań można stwierdzić że charakterystyki zagęszczania zmielonego materiału z roślin energetycznych były zroacuteżnicowane dla rodzaju rośliny i statystycznie istotny wpływ na gęstość końcową biomasy miało zaroacutewno ciśnienie jak i czas zagęszczania Biomasa pochodząca z traw o małej gęstości nasypowej była bardziej podatna na zagęszczanie ale w celu ustabilizowania się zagęszczenia wymagała dłuższego czasu obciążenia

Zdrewniała biomasa roacuteży i wierzby ze względu na dominujący udział ścian komoacuterkowych zbudowanych z ligniny powiązanych celulozą i hemicelulozą cechowała się dużą twardością i mniejszą plastycznością dlatego też przyrost gęstości końcowej zagęszczonego materiału był najmniejszy w stosunku do gęstości nasypowej

Potwierdzono że przy stałym ciśnieniu działającym na biomasę gęstość wzrasta tylko do charakterystycznego dla każdego materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu nie wpływa już istotnie na zagęszczanie

Zmielony materiał roacuteży i wierzby może być zagęszczany przez 10 s ale dążąc do zwiększenia gęstości końcowej biomasy wskazane byłoby zastosowanie ciśnienia co najmniej 190 kPa

77

Zmielony materiał spartiny o najmniejszej gęstości nasypowej powinien być zagęszczany przez co najmniej 30 s Biomasa tego rodzaju jest najbardziej wrażliwa na wydłużenie czasu obciążenia

Zmielony materiał z pozostałych roślin (miskant topinambur ślazowiec rdestowiec kukurydza) może być zagęszczany przez 20 s gdyż dalsze wydłużenie czasu wywierana nacisku nie zmienia w sposoacuteb istotny gęstości końcowej biomasy

Największe zmiany gęstości biomasy uzyskano w kolejności dla spartiny preriowej (263) ślazowca pensylwańskiego (240) miskanta olbrzymiego (180) kukurydzy (150) wierzby wiciowej (84) słonecznika bulwiastego (67) rdestowca sachalińskiego (58) i roacuteży wielokwiatowej (43)

LITERATURA

1 ASAE Standards 2003Method of determining and expressing

participle size of chopped forage materials by screening ASAE S4241

In ASAE Standards 2003 American Society of Agricultural Engineers

St Joseph Michigan 2 February 03 s 595

2 HEJFT R 2002 Ciśnieniowa aglomeracja materiałoacutew roślinnych

Politechnika Białostocka Białystok 2002 ss 257 ISBN 83-7204-251-

9

3 HEJFT R OBIDZIŃSKI S 2007 Produkcja granulatu i brykietoacutew

w aspekcie cech jakościowych (Production of pellets and briquettes in

aspects of quality characteristics) Czysta Energia 2007 6 (56) ISSN

1643-126X PNndashEN 13183ndash1Wilgotność sztuki tarcicy Część 1

Oznaczenie wilgotności metodą suszarkowondashwagową

4 SKONECKI S 2004 Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania

materiałoacutew roślinnych Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej

w Lublinie 2004 ss 89 ISSN 0860-4355

78

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of automatic and robotic systems by academician (Ukraine)

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production

ABSTRACT

The synthesis of digital controllers operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system of biogas installation is considered The comparative characteristics of automatic control systems based on PID-controller and fuzzy controller are outlined

INTRODUCTION

Currently much attention is paid to the development and use of alternative energy sources One of the ways of supplement and partial replacement of traditional fuel kinds in rural areas is biogas use Biogas is a gas that is released during decomposition of organic substances Unlike natural gas it can be obtained in industrial conditions by fermentation of organic waste and specially grown energy crops Biogas consists of 50-70 of methane (CH4) and 50-30 of carbon dioxide (CO2)

Being close to natural gas characteristics biogas can be used for the same purpose (production of electricity heat as automobile fuel etc) and with proper clearance is identical to his staff The actuality of this research makes the following a reduction of technological environmental

alternative energy supply of cattle farms production of the high quality

organic fertilizers organic waste recycling germinating ability reduction of weed seeds organic waste processing etc

The analysis of recent research shows that in spite of the large number of publications concerning the creation and use of biogas facilities [1-3] nowadays the adaptive systems of temperature control in facilities for biogas production are not fully developed Due to the growing relevance of research topic the aim is to consider the issues of digital controller operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system in biogas facilities

THE RESEARCH OBJECTIVES

The main task of designers during the creation of biogas installation control system is to maintain a constant temperature throughout the bioreactor capacity Depending on the substrate temperature methanogenic bacterias

79

are psihofilic that can live at a temperatures between +5 deg C to +20 deg C mesophilic living at temperatures from +30 deg C to +42 deg C thermophilic living at temperatures from +54 deg C to +56 deg C Methanogenic bacteria breed very slowly and do not stand sudden temperature changes Any sudden changes in temperature adversely affect the fermentation process Each mode of fermentation is tolerable to the temperature fluctuation between plusmn 3 degC Metabolic activity of the anaerobic bacteria is directly dependent on environmental temperature According to recent research while increasing the temperature and gas output decomposition of organic matter increases too When the temperature decreases to 15 degC the fermentation process stops completely [3-5] The prompt temperature decline in bioreactor occurs during loading a new substrate especially in wintertime It causes the need for adaptive temperature management system within bioreactor depending on the temperature of the substrate that is loaded

To develop an adaptive control system for bioreactor temperature the following tasks should be solved

to analyze and identify characteristics of the control object

to develop a mathematical model of adaptive systems with fuzzy regulator in facilities for biogas production

1 ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE CONTROL OBJECT

Technical options for realization biomass methanogenesis quite a lot from constructively simple not professionally manufactured units and ending with technologically perfect long-term continuous facilities using advanced and automated systems

Scheme of a typical industrial installation for the production and use of biogas irrespective of the method of fermentation involves the following technical equipment

tanks and equipment for the collection and preparation of raw materials

fermentation chamber with heating devices

tanks for biogas and gas installations with equipment for cleaning and counting the number of produced gas

containers for disposal and storage of masses perebrodyla

80

Fig 1 Schemebiogas plantwithcomposting

1 ndash farm 2 ndash pipeline from farm 3 ndash the previous tank 4 ndashfeeding the pipeline 5 ndashtank processed biomass 6 ndashdrain pipe 7 ndash camera for

fermentation 8 ndashswitch flame 9 ndashdesulfator 10 ndash dehidrator 11 ndashgas meter 12 ndashtop weight of showers 13 ndashfeeding pipeline 14 ndashpipeline for gas 15 ndashwater boiler 16 ndash fuse 17 ndashswitch flame 18 ndashgas tank 19 ndash

heater 20ndashpipelinesfor mixing 21 ndashcamera for manure 22 ndashcompost area 23 ndashfan 24 ndashtractor with loader + manure spreader

The optimal temperature for mesophilic fermentation of biomass is about 35 deg C This temperature impossible to receive even in summer so all biogas units typically have a heating device The most commonly used water heaters and sometimes - heat exchangers The cost of heat for keeping the fermentation process depends on the effectiveness of methane fermentation and as constructional solution tank for fermentation (thermal insulation) For heating water instead of biogas produced electrical energy is sometimes used getting it from the mains or from wind powerIn this biogas reactor using internal exchangers (in the form of cylinders or spirals placed in the center of the camera fermentatsiynoho tank) and regardless of the type exchanger the temperature of water flowing in them should not exceed 80 deg C which retains the biological process of fermentation

Biomass temperature in the investigated bioreactor regulating by changing the amount of hot water heaters in a heat exchangerIn this case the bioreactor as an object of temperature control as a regulatory body will have a crane in the main hot water from water heating boiler with radiators Constant temperature hot water provided by SAP water heating boiler valve opening leads to an increase in traffic through the hot water heater

81

and increase the amount of heat is supplied to the bioreactor and vice versa Governing action is formed by a temperature in the form of rotation

flaps to an angle valve φкр

Themaindisturbingactionsontheobjectofregulation causingthetemperaturechangeofbiomassin a reactorat a constantvalueofmanagingtheimpactφкр = constistheatmosphericconditions(temperature humidity etc)

Manageablesizeof theobjectisthe temperatureinside

thebiomassbioreatoruТв

Thusstructuraland functionalcircuitsbioreactoras an object ofregulationwill

look like

Fig2 Structural-functionaldiagram ofbioreactor

Forobjectmanagementin a systemof automatic controlbioreakorombiogas

plantcanuseanalog ordigitalPI-regulators Studyofthese-

regulatorsshowsthatthe transition in

thesystemareverylargereregulation(50) and largetimeadjustment(100 c) [5] Thereforethe implementationis more

suitablemesophilicfermentationregimeusingfuzzycontrollers

2 MODELING FUNCTION THE ADAPTIVE SYSTEM WITH FUZZY CONTROLLER INTO THE PLANT FOR BIOGAS

Functional diagram of the adaptive management system based on fuzzy logic is shown in Fig 3

The scheme consists of a comparator a fuzzy controller FC facility management and CO feedback

Fuzzy-controlerconsists three main parts - fuzzyficatio block the formation of logical decision inferenceand the block where defuzzyfication

BIOREACTOR

F

φкр Tв

82

Fig 3 Functionaldiagramofthe adaptivemanagement

Fuzzy controller FC practicallyimplementedon

a microcomputer(ormicroprocessor) and runsin a discrete mode because automatic control systemwithfuzzycontrollercontainsmicrocomputerdevicewiththe

objectmanagement- analog-digital converterADCanddigital-

analogconverterDAC(see Fig 4 whichshows a block diagram ofcontrol

systemwithfuzzycontrol)

ADCdivides thecontinuous failure )()()( txtut of thedivisionstepIAsthe

first andsecondderivativesof theerrorsare usuallycalculatedfirst

andseconddifferenceinformulas

hkkk )]1()([)(

2)]2()1(2)([)]1()([)( hkkkhkkk -

quantizederrorat the inputADC DACwas

theusuallyzeroorderreleaseof thetransfer function sesH hs )1()(

Fig 4 Blockdiagramofadaptivecontrolwithfuzzy controller FC

Let us note some features of fuzzy controller FC operates in discrete mode so every step of the quantization hit must take the necessary deductions FC handles all input variables so it can provide

u(t)

FC Comparator

Fuzzy controller

Box of defuzzy-fication

Box of fuzzy-ficatio

CO x(t)

u(t)

G0(s)

x(t) FC

H(s)

Estimat

e

Retainer DAC

Control

Object

θ(t)

h

θ(k) m(k) m(t)

(k)

(k)

83

additional variables that characterize the processes in facility management and thus provide a wider effect on the dynamics of control FC system usually stand in the ratio of modified object management due to the nature of fuzzy rules of operation Traditional methods describe the regulators for example using transmission functions for FC are not appropriate and not necessary FC is nonlinear and its feature is the lack of dynamics in the FC Lack of memory and the procedure for designing and describing management process characterized by linguistic rules are the main features of FR

Fuzzy controllers are implemented in practice usually in the form of high-level software such as ldquoPassalrdquo which provides greater flexibility in their setup [6] The simulation results and test management system that includes fuzzy closed-loop controller may change the quantity ranges of linguistic variables membership function and modify the base rules in order to attract the expected result control

Fuzzycontrollersareof interestprimarilytomanageobjectsthat are

eithernotexposedorexposed toformalized descriptionandwith great difficulty but evenapplytodomainobjects forwhichmathematical modelsare obtained theseregulatorsare oftendominated byotherssothatallow

forbetterquality(fewer errorsin thetransitionandsetmodes) automatic

control systems

Forease ofsolution of the problemof synthesisof fuzzycontrollerwould

bethatthe numberof termsby which theestimatedlinguisticparameters (input andoutputparameters offuzzycontroller) the errorsystem speed

ofmeasurements(first derivative) of error acceleration(second

derivative) of error managementactsonan objectmminimum etc is 2

Reflectedranges ][ maxmin ][ maxmin ][ maxmin і ][ maxmin mm - changes

ininputandoutputparameters of a singleuniversalset Conversion of

a fixedvalue ][ віHii xxx eachlinguisticvariable 4nn1ixi appropriate

element u [01] determinedthe

expression )()( НівіНіii xxxxu bywhichwe find

)()(

)()(

)()(

minmaxmin3

minmaxmin2

minmaxmin1

u

u

u

(21)

)()( minmaxmin mmmmuc (22)

84

On thesetU = [01]Set thetwofuzzysubsets membership function(MF) arein a triangularshapeshownin Fig 5

ForanalyticalexpressionsproposeduseMF equationline

passingthroughpointswithcoordinates )u(і)u( 2211 whichareas

follows

)(])[()( 12122112 uuuuuu (23)

Then according toFig 5 we obtainthe followingMF foreachlinguisticvalue

]10[)(]10[1)( 21 uuuuuu (24)

Fig 5 Membership function

WhenfastingvirginsonFuzzy controller (FC) values ofinput

variables і intoquantizationstephcalculationvalues

321 іuuu

bythe formulas(21) andMF

21)( juj

the formulas(24)

Form thelinguisticcontrolrule(working normally) fuzzy controller in the form

If )(1

ja і )(2

ja і )(3

ja то )(

j

cam 21j (25)

wherejj

aa21

andj

a3-linguisticsketcheserrorrateof change(first derivative)

error ofthe second derivativeof errorare considered

85

asfuzzysetsdefinedonuniversalset 21 j j

ca -the linguisticevaluation

ofmanagementactionson theobjectarechosenfromthe set ofvariable-term т

Linguisticevaluationof thechosentermsetsandlinguisticvariables and

m

ijm negative(1) positive(2)

In otherwordsall ofthe signals(as defined above linguisticvariables) in

theautomatic control systemis

characterizedasnegative( 1j )orpositive( 2j )

Let )( i

j x the membership function parameter ][ віHii xxx fuzzy terms

2131 jiа j

i And )( оь

that depends on three variables

)( 321 xxx membership function parameters of the vector

solution (control action on the selected object) 21 jm jis determined

from the system of fuzzy logic equations

)()^()^()( 321321 xxxxxx jjjjm

(26)

Thus )( 321

1

xxxm

-membership functionoffuzzycontrolnegative

)( 321

2

xxxm

-the managementof themembership functionof fuzzy

setspositive The resultingfunctions for thecontrol actionin

accordancewith theworkingruleFR is recorded as

)()()( 321321321

21

xxxvxxxxxxmmm

(27)

Inexpressions(36) and (37) ^-logicaland v - logicalor

Dependingonlinguisticrulesupravlennya formalizedsystems

offuzzysets(26) membership functionof the control action

)(1 uс fuzzysetnegative valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

1

2

1

1

1 uuuA (28)

membership function and managing the impactof )(2 uс fuzzy setspositive

valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

2

2

2

1

2 uuuB (29)

The resultingfunctions for thecontrol actionon thebasis ofexpression(37) is defined as

86

)()()( 21 uvuu ccс (210)

that isgettingthe formation maximum(solidlineinFig 5)

)]()(max[)( 21 uuu ccс (211)

Todeterminethe specific valueof the control actionis formed the resulting figure the resultinglimitedMF

We searchabscissacenter of gravity resultingfigurebythe formula[10]

N

k

kkkk

kkkk

N

k

kkkk

c

bbaa

baabaaaa

u

1

11

11

1

11

))((

])2()2)[((

(212)

where N - number of vertices ka kb - vertex coordinates transforming

shapes

Getting the value 1

cu based on formula (22) becomes the value of the

control action on the object management

cummmm )( minmaxmin (213)

CONCLUSION

Thus theoretically the possibility of improving the temperature control in the

bioreactor biogas plant based on fuzzy controller The mathematical model of temperature processes to increase productivity of biogas reactors with recycling of organic waste in the bioreactor based on the theory of fuzzy logic and linguistic variables Using this methodology takes into account the impact of qualitative and quantitative factors in the process of thermal stabilization of anaerobic processes Found that by the introduction of biogas plant biogas fuzzy controller to rise by over 10

REFERENCES

1 ГелетухаГГ МарценюкЗА

ЭнергетическийпотенциалбиомассывУкраине

Промышленнаятеплотехника minus 1998 minus 4 minus

С 52ndash55

2 СоуферС ЗаборскиО Биомассакакисточникэнергии Пер зангл

М Мир 1985 ndash 368 с

87

3 МовсесовГ Е

Биогазовыеустановкидляпереработкиорганическихотходовфермер

скиххозяйств Сотрудничестводлярешенияпроблемотходов

Материалы IV Международной конференции ndash Х ЭкоИнформ

2007 ndash С 176 ndash 179

4 Сербін ВА Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в

системах ТГВ Навч посібник ndash Макіївка ДонДАБА 2003 ndash 153 с

5 Гостьев ВИ Система регулирования температуры теплоносителя

на выходе смесителя нечеткими регуляторами

Радиоэлектроника Информатика Управление- 2005-2 ndash

С26-29

6 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

7 Панцхава ЕС Кошкин НЛ Биоэнергетические установки по

конверсии органических отходов в топливо и органические

удобрения Теплоэнергетика ndash 1993 ndash 4 ndash С 20ndash23

8 Ратушняк ГС Джеджула ВВ Підвищення продуктивності

біогазового реактора управлінням параметрами

вільноконвективнихпроцесів теплообміну Вісник Хмельницького

національного університету ndash 2006 ndash 2 ndash С 29ndash32

9 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

10 Гостьев ВИ Нечеткие регуляторы в системах автоматического

управления-К laquoРадиоаматорraquo 2008 - 972с

11 Fand RU Kaye J Acoustic streaming near a heated cylinder The

journal of the acoustical society of America ndash 1966 ndash Vol 32 5 ndash Р

579ndash 584

88

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł

Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym

WSTĘP

Rozpatrując specyfikę polskiego rolnictwa z dużą liczba właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych mamy do czynienia z dużą grupą użytkownikoacutew ciągnikoacutew rolniczych i pojazdoacutew napędzanych silnikami wysokoprężnymi często o niezbyt zaawansowanych rozwiązaniach technicznych Wielu z nich może zajmować się uprawą rzepaku na swoich polach a uzyskane w ten sposoacuteb nasiona można przetransportować do znajdującej się niedaleko tłoczni i otrzymać olej rzepakowy w zamian za dostarczony plon Taka grupa rolnikoacutew może zrzeszyć się w grupę producencką ktoacutera wykorzystywałaby naturalny olej rzepakowy w mieszaninie z olejem napędowym do zasilania własnych silnikoacutew wysokoprężnych omijając w ten sposoacuteb konieczność stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych silnikoacutew [Bocheński 2003] Stosując takie rozwiązanie rolnicy mogliby liczyć na obniżone koszty eksploatacji Do tego dochodzi ważny element a mianowicie zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez stosowanie bezpieczniejszego paliwa oraz ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie czy spalanie czystego oleju rzepakowego w poroacutewnaniu z olejem napędowym wykaże roacuteżnice w wytwarzaniu energii cieplnej przez silnik W pracy została zastosowana metoda nieinwazyjna pomiaru temperatury powierzchni przy użyciu kamery termowizyjnej VIGOcam V50 Wykonując pomiary termograficzne należy zwroacutecić uwagę na parametry materiałoacutew ktoacuterych zbudowany jest obiekt (emisyjność) oraz parametry otoczenia (temperaturę wilgotność) [Minkina 2004]

CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem samochodu osobowego marki Ford Fiesta 18 D wyposażonego w dodatkową instalację do zasilania silnika czystym olejem rzepakowym Przykładowy schemat układu adaptującego standardowy układ zasilania dla potrzeb zasilania silnika czystym olejem rzepakowym przedstawia Rysunek 1

89

Rysunek1 Przykładowy schemat układu zasilania dwupaliwowego

METODYKA BADAŃ

W ramach badań przeprowadzono dwie proacuteby określenia rozkładu temperatury zewnętrznej silnika wysokoprężnego zasilanego olejem napędowym oraz czystym olejem rzepakowym

pierwsza proacuteba była wykonana w ustalonych warunkach pracy silnika (silnik osiągnął wymaganą temperaturę pracy) i przy zmianach w rodzaju paliwa zasilającego silnik zmiany paliwa zasilającego układ wtryskowy były dokonywane w pewnych odstępach czasu w celu uzyskania pomiaroacutew na paliwie jednorodnym (czas ten był potrzebny do oproacuteżnienia pompy wtryskowej z pozostałości poprzedniego paliwa) fotografie pracującego silnika były wykonywane przez kamerę w odstępach czasowych 5 sekund

druga proacuteba polegała na pomiarze zmian temperatury zewnętrznej silnika od momentu rozruchu (zimny start) do osiągnięcia optymalnej temperatury pracy przez silnik na wybranym rodzaju paliwa zasilającego a w końcowej fazie trwania proacuteby następowała zmiana paliwa zasilającego przy tej proacutebie wykonano dwa pomiary pierwszy pomiar przy zasilaniu układu wtryskowego olejem napędowym a drugi

ndash przy zasilaniu czystym olejem rzepakowym zdjęcia pracującego silnika były wykonywane przez kameręw odstępach czasowych 5 sekund

90

Rysunek 2 Widok stanowiska na ktoacuterym wykonano pomiary rozkładu temperatury silnika

WYNIKI BADAŃ

Rysunek 3 Przykładowy termogram silnika z przeprowadzonych badań

91

Powyższy rysunek przedstawia obraz termograficzny pochodzący z kamery VIGOcam V50 Kolory jaskrawe (żoacutełty i pomarańczowy) odzwierciedlają temperatury wysokie na powierzchni bloku silnika i oscylują w przedziale 70-90 degC a roacuteżnym odcieniom fioletowego odpowiadają temperatury w granicach 30-50 degC

Rysunek 4 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem rzepakowym (dla całego obszaru silnika)

Rysunek 5 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem napędowym (dla obszaru wtryskiwacza)

WNIOSKI

1 Pomiar temperatury zewnętrznej powierzchni w skład ktoacuterej wchodzą elementy z roacuteżnych materiałoacutew za pomocą kamery termograficznej jest trudny do realizacji z powodu roacuteżnej emisyjności materiałoacutew z ktoacuterych wytworzony jest dany obiekt Roacuteżna emisyjność powierzchni

92

materiałoacutew jest głoacutewną przyczyną błędoacutew pomiarowych ktoacutere mogą wynieść nawet 30-40

2 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że temperatura maksymalna i średnia dla całego obszaru bloku silnika przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym była średnio wyższa o 3-5degC w poroacutewnaniu do pracy silnika na oleju napędowym

3 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że czas potrzebny do osiągnięcia przez silnik optymalnej temperatury pracy był kroacutetszy o około dwie minuty przy zasilaniu go olejem rzepakowym w poroacutewnaniu z olejem napędowym

LITERATURA

1 Bocheński CI Biodiesel - paliwo rolnicze Wyd SGGW Warszawa

2003

2 Lotko W Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami

węglowodorowymi i roślinnymi WNT Warszawa 1997

3 Minkina W Pomiary termowizyjne - przyrządy i metody Wydawnictwo

Politechniki Częstochowskiej Częstochowa 2004

4 Szlachta Z Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami rzepakowymi

WKIŁ Warszawa 2002

93

94

Evrenosoğlu Mehmet

Ege University Department of Agricultural Machinery Izmir (Turkey)

Mathematical modelling in silage mechanization

ABSTRACT

A mathematical model can be described as a system using mathematical language The process of developing a mathematical model is mathematical modelling Mathematical models are used not only in the natural sciences and engineering disciplines but also in social sciences physicists engineers economists statisticians operation research analysts use mathematical models most extensively Mathematical models can take many forms including but not limited to dynamical systems statistical models differential equations or game theoretic models A mathematical model usually describes a system by a set of variables and a set of equations that establish relationships between the variables In the field of agriculture many variables are non-linear and much harder to predict than any other fields This persuaded mathematical modelling to enter in to the fields of agriculture even faster In the present day almost all fields and parts of agricultural processes are modelled and simulated in order to understand and to decrease most of the efforts needed

In this study different models for forage mechanization is being studied and created simulations from these studies are used to investigate the conditions in Turkish forage harvestry systems In Turkey the capacity of the harvesting and trasporting are reasonably lower than EU because of the divided parcels and small areas This requires to develop adjusted simulations for Turkish agricultural silage mechanization

INTRODUCTION

Harvesting machinery for forage mechanization are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example TurkeyAegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole plant corn silage are approximately 34euroda (Provincial directorate of agriculture 2010) Values with rates per hour are more unstable due to large variety of machinery capacities Of the corn silage value approximately 10-20 is typically due to harvest and storage machinery cost Although the values are different for haycrop silage the percentage is similar Minimizing harvest cost depends on selecting the proper sizing and matching of equipment

Aegean and Marmara Regions in Turkey are the most dense regions for silage mechanization because of their climate suitable for silage The size of the lands for silage in those regions are significantly smaller comparing

95

to EU and USA and also divided This two situation (being small and divided) are obstacles for improved mechanized silage production Therefore there is huge variety of production techniques not only because of divided lands but also farmers having old habits and experiences from the past In order to develop a reasonable strategy for silage mechanization in those regions producers need benchmarks for the production chains In that point models and cycle analysis can help farmers to develop a strategy for minimizing cost of productions between the silage production chain However there are no significant studies about that problem and no reasonable mathematical models for silage productions have been formed since present days

MATERIALS AND METHODS

The objective of this study is to research the literature of existing models for silage mechanization and either adapting them or creating new models for Turkish agricultural conditions The existing literature has a chronology development paralel to the development of the silage mechanizationn First models that are created focus on the simple processes like pressing in silos different silo dimensions different knife forms and cutting techniques According to that chronology four main models that are chosen from many studies investigated These studies are

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

b) Equipment Matching For Silage Harvest

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

Attaining a high density in a silo is important for two primary reasons Firstly and most importantly density and dry matter content determine the porosity of the silage Porosity in turn sets the rate at which air moves into the silo and subsequently the amount of spoilage which occurs during storage and feedout Ruppel (1992) measured dry matter loss for alfaalfa silage and developed an equation to relate the loss to density Secondly the higher the density the greater the capacity of the silo Thus higher densities generally reduce the annual cost of storage per ton of crop by both increasing the amount of crop entering the silo and reducing crop losses during storage The factors affecting density in bunker and pile silos are not well understood General recommendations have been to spread the crop in 15 cm layers and pack continiously with heavy single-wheeled tractors In a survey of alfaalfa silage in 25 bunker silos Ruppel et al (1995) found tractor weight and packing time (mint) were the most important factors affecting density However both factors only explained a small fraction of

96

the variation observed and layer thickness was not measured The objectives in that study were to measure density in a wider range of bunker silos and correlate those densities with filling practices

In the study measured densities in over 160 bunker silos containing etiher corn or haycop (largely alfaalfa) silage Density was measured with a 5 cm diameter corer (Holmes 1996) taking cores at approximately chest height at four locations across the silage face Core depth distance from the top and distance from the floor were recorded Cores and a grab sample were researched to determine weight dry matter content and particle size distribution A survey was completed for each silo sampled Information from farmers included number of packing tractors tractor weight number of tires per tractor tire pressure tire condition number of drive wheels silage delivery rate packing time per day harvest time per day filling time filling technique silo dimensions maximum silage height crop crop maturity and theoretical lenght of cut These factors were than correlated with measured dry matter densities The range of densities and dry matter contents observed in haycrop and corn silages are shown in table 1 Ranges of dry matter densities were similar for both haycrop and corn silages Densities on the low end suggested little packing whereas the highest densities were in the range observed in tower silos Average dry matter densities were slightly higher than a recommended minimum density of 224 kgm3

Table 1 Summary of core samples collected from 168 bunker silos

Charasteristic Haycrop silage (87 Silo) Corn silage (81 Silo)

Average Range SD Average Range SD

Dry matter () 42 24-67 95 34 25-46 48

Wet density (kgm

3)

593 208-977 109 689 368-961 83

Dry matter (kgm

3)

237 105-434 38 232 125-378 29

Average particle size

(cm) 11 068-31 015 1 071-17 008

SD Standard deviation

The linear regression which explains 18 of the variation of estimated dry matter density (DMD) is expressed as

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3

where average depth (D) and packing factor are calculated as

D = average silage depth (m) = (height at wall + height at center) divide 2

97

CDMNL

WPF

W Proportioned average tractor weight (kg) for all tractors packing silage

Example Two tractor pack 100 of the filling time tractor 1 weighs 114 tons and tractor 2 weighs 68 tons Then the proportioned average tractor weight is (114+68)divide2=91 tons If tractor 1 packs 90 of filling time and tractor 2 is used 50 of the time then proportioned average tractor weight becomes (114x09+68x05)x[90divide(90+50)]=874 tons

L Layer thickness (m) of the spread but unpacked crop in the silo prior tp driving over it during the first packing pass

N Number of tractor-packing equivalents where N=1 when one tractor is packing continuously during the filling process This value can be fractional reflecting one or more tractor packing intermittently

Example If one tractor packs continiuosly during the silo filling process and another packs 50 of the filling time N=1+05=15 If there is only one packing tractor and it packs for 11 hday and the silo is filled 10 hday then N=1110=11

C Crop delivery rate (thr) to the silo

Using this equations for a bunker silo filling in Turkish farm land conditions had shown that importance on density is not given yet The values are taken from a dairy farm which is located in Aegean Region (Oumldemis) of Turkey The farm had a bunker silo which was 122 m wide had 32 m sidewalls and had material packed to a maximum depth of 43 m at the center The 35 of dry matter content silage was delivered to the silo at the rate of 90 th One packing tractor (65 tons) distributed silage with a blade to a depth of 03 m per layer and packed continiuosly when not pushing up silage A second tractor (5 tons) packed continiuosly Assuming a triangular shaped cross section above the walls the average silage depth was D=(3+43)divide2=365 m The average packing tractor weight was W = (65+5) divide2=575 tons The packing layer thickness was L = 03 m crop delivery rate was C=90 th and dry matter content was DM=035

Using these values the packing factor can be calculated as

CDMNL

WPF

=903502

30

755

=168

The expected dry matter density is

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3 =1536 kgDMm3

Being less than 224 kgDMm3 a change in packing procedure would be beneficial A procedure was developed for estimating the density of a bunker based silage packing in this study Silage of high density experiences less dry matter loss than does that of lower density If the extra

98

efforts for saving silage are more than the cost of the achieving the savings then it is economically viable to implement the changes needed to achieve the savings

b) Equipment Matching for Silage Harvest

Harvesting machinery and associated costs are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example Turkeyrsquos Aegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole-plant corn silage are approximately 280euroha (Aegean Region Provincial Diretorate of Agriculture 2010) rates per hour depend largely on machinery capacities With a typical corn silage yield of 50 tha machinery cost to harvest transport and store silage away are approximately 8euroton Selection and sizing of equipment is important to minimize harvest cost In forage harvesting systems there are significant equipment interactions as the crop moves from the field to the silo The harvester needs to interact with the transport units to align and either unload or switch trailers

Four different factors can limit the capacity of a machine depending on the field conditions and the operation These factors are power throughput capacity speed and traction In systems where machines must interact (such as harvest transport and unloading) the capacity of some machines can be limited by others this may necessiate ilde time for some machineslogistics at the unloading site are critical to system performance If forage can not be packed blown or bagged fast enough the storage site can become the bottleneck of the overall harvest system The blower and bagger capacity values are reasonably consistent with silo filling rates observed on 23 dairy farms the visited farms included 22 tower silos 23 bunker silos and 8 bags

For purposes of illustrating impact of transport system on harvester utilization and system capacity a 350 HP self-propelled forage harvester harvesting either haycrop or whole-plant corn silage was considered with different truck sizes For these simulations round trip trasport distance was 97 km and unloader capacity was non-limiting at (120tDMh) Alignment time of the transport units with harvester and unloader were set realistically at 1 min each and average transport speeds were 40 kmh With the small trucks use of a dump cart was compared to direct chopping into the trucks Harvester utilization (time harvested divided by total time) can not reach 100 due to alignment and interaction time with transport units Values near 100 are more desirable resulting in higher system capacity and lower harvest cost Because of power requirement capacity is lower in haycrops than whole-plant corn and the appriate number of transport units is lower The appropriate number and size of trucks required to keep a harvester maximally utilized depends on several factors including transport distance transport speed unloading rate and harvester power The impact of a reduction in number of transport units is illustrated in table 2 several comparisons can be made using the table4 to illustrate that

99

harvester utilization (hence production cost) is very sensitive to size and number of transport units in some situations

Table 2 Effect of number of trasport units on harvester utilization and system capacity with a 350 HP harvester 10 km round trip transport

distance and 40 kmh transport speed in wole-plant corn

Transport unit Harvest Method

Transport unit

capacity (tDM)

Number of

transport units

Utilization of harvester

(h harvestingh)

System capacity

(th)

Small Truck Dump cart 2 4 064 268

Small Truck Direct to truck 2 5 071 296

Medium Truck Direct to truck 35 4 083 348

Large Truck Direct to truck 5 3 083 345

Small Truck Dump cart 2 3 048 201

Small Truck Direct to truck 2 4 057 237

Medium Truck Direct to truck 35 3 065 272

Large Truck Direct to truck 5 2 055 230

The term of power times distance divided by transport unit capacity and speed was used to establish the functional form on an empirical model (R2=0997) for number of transport units required to keep a harvester maximally utilized The empirical model is

dhkmttDMtkmtkWcreqt ISVDPHCN 06107460440

Ntreq Number of transport units required to keep the harvester as busy as possible

Cc Crop coefficient (16 for whole-plant corn 10 for haycrops)

PH Power of the harvester kW

Dt Round trip transport distance km

Vt Capacity of each transport unit tDM

St Average speed of transport uni kmh

Id Indicator for direct chopping into transport units (1 if material was chopped directly in to transport = if a dump cart was used)

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

After the transport models were developed It became usefull combining models with cycle analysis Together it became much easier to investigate systems and finding out their bottleneck points The principles and developmental steps regarding the use of cycle diagrams were outlined by

100

Hunt (1986) To manually draw a cycle diagram and perform an analysis the developmental steps are

Sketch the cycle to show the proper machine relationships

Mark the support times between individual machine cycles with a zigzag line Mark both machine loops at their points of interaction

Sum the cycle times required for each machine loop and select the largest to be the system cycle time

Add idle times to the other machine loops to bring their total times up to the total system time Identify this on the diagram with circles

Field efficiency can now be estimated more accurately when the machine in question is a part of the system

Outputs from a cycle analysis include system capacity labor efficiency and utilization rates for each machine Here is an example of an Turkish dairy farmrsquos corn silage process cycle (Figure 1)

Figure 1 Example of a corn silage process cycle diagram and output values

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

Cycle diagrams are relatively simple tools which can provide insight concerning the impact of equipment and operational changes on dynamic agricultural systems with interacting components or machinescycle analysis of machine systems that include harvest transport and unloading sub-systems requires machine capacity operational data and parameter input for each machine and operation Outputs include cycle time system capacity and idle time for each machine Efficiency measures of harvester transporter unloader and labor utilization can be computed Selection of machinery sets for agricultural field work has been accomplished with modeling and optimisation approaches Selecting machinery used in simultaneous operations requies consideration of the cycle for each machine With one cycle representing a ldquoroundrdquo by all transport units the volume per cycle is computed as

ttc NVV

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

101

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

Nt Number of transport units

Harvest The productive portion of a harvesterrsquos cycle consists of harvest time and interaction time with the transporter The primary contributor to the harvesterrsquos cycle time is the time to harvest the material per cycle

maxmax fmch ECVT

hthttht TRVIT 1

tththh NTTCT

Transport Productive transport time is spent interacting with the harvester or unloader or in transit Interaction time with the unloader is a combination of alignment and working time

umtatutu CVTT

ttt SDT

maxmax ffmhthht ECVVT

hhtthtttut TTTTCT

Unload Productive unloading time is spent with the transporter(s) The cycle time of the unloader is

tutu TNCT

System The system cycle time is the maximum of the cycle times of system components time required to align the harvester and transporter is assigned to the less busy of harvester and transporter Cycle time and idle time are therefore computed as

ahtthahtt TNCTTCT

Th Time for harvest (hcycle)

Thtt Time for harvesterTransporter interaction for material transfer (htransportercycle)

CTh Cycle time for for the harvester without idle or alignment time (hcycle)

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

Cmmax Theoretical maximum material capacity of the harvester (harvest unitsh)

Efmax Maximum field efficiency of the harvester

Iht Indicator variable for simultaneous harvest and transfer (1yes0no)

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

TRh Transfer rate of storage volume on the harvester (harvest unitsh)

Nt Number of transport units

Ttu Time for interaction between transporter and unloader (htransportercycle)

Ttua Time for alignment of transporter and unloader (htransportercycle)

Cmu Material capacity of the unloader (harvest unitsh)

Tt Travel time (h)

Dt Average distance of travel (km)

St Average speed of travel (kmh)

Thth Time for harvester and transporter interaction due to harvest (htransportercycle)

CTt Cycle time for the transport unit(s) (hcycle)

CTu Cycle time for the unloader (hcycle)

CT Cycle time for the system (hcycle)

Tih Idle time for the harvester (hcycle)

Tit Idle time for the transporter(s) (htransportercycle)

102

utahtth CTCTTNCTCT max

ahtthhi TNCTCTT

tti CTCTT

uahtth CTTCTCTCT max

hhi CTCTT

ahttti TCTCTT

uui CTCTT

uiutithii TLTNTL

Utilization (time use efficiency) of each unit is computed from theoretical capacities or minimal component cycle times and actual system cycle time

CTECVU ffmch maxmax

CTTU tta

CTTCTU ttitb

CTCVU umcu

CTLLU i 11

ut LNL 1

maxmax mfhasys CEUC

CTVC cbsys

max masysactf CCE

Cycle analysis of harvesttransportunload systems involves straightforward computations Althought they are tedious computurizing the analysis in a spredsheet allows improvet understanding of the interrelationships and more rapid evaluation of alternative solutions

CONCLUSIONS

In the first part of the study models and simulations are studied and some of them are reorganized for Turkish agricultural systems Especially problems in the bunker loading site are significant in Turkey There has been no detailed study about the process chain of silage mechanization and there are no specific data for related conditions In the second part of the study these models and simulations will be used to create a database for silage process This database will be used to compare the current situation and routine working systems for preparing silage from forage

Tiu Idle time for the unloader (hcycle)

Li Idle time for labor (hcycle)

Lu Number of laborers at the unloader

Uh Harvest (h)

Uta Utilization of transporter (h travelhtransporter)

Utb Utilization of transporter (h busyhtransporter)

Uu Utilization of unloader (h unloadingh)

U1 Utilization of labour (h workingh)

Csysa System capacity (harvest unitsh)

Csysb System capacity (harvest unitsh)

Efact Actual harvester field efficiency fraction

103

material There are extensive problems on silage quality Some of them are mechanical and some are system based Forexample laborerrsquos and farmererrsquos inadeaquate knowledge on packing systems decrases the quality of the forage materials Ordinary labor work focuses on packing as fast as possible but forgetting to control the bulk density of the material Because of lack of unmatched equipment in the systems processes laborers only focus on the time of the work and spending efforts to keep it short There no data or spreadsheet supporting producers for decision making Economical production and better quality silage will become a key factor in the future having much more importance than present day because of global warming and more human population demanding on better and more efficient production in dairy industry

REFERENCES

1 ASAE 2002a S495 Uniform terminology for agricultural machinery

management In ASAE Standards 49th

2 ed ASAE St Joseph MI

3 ASAE 2002b EP4962 Agricultural machinery management In

ASAE Standards 49th ed ASAE St JosephMI

4 ASAE 2002c D4974 Agricultural machinery management data

InASAEStandards 49th ed ASAE St JosephMI

5 Hunt DR 1986 Engineering Models for Agricultural Production AVI

Publishing Westport CT

6 Lavoie G Gunjal K Raghavan GSV 1991 Soil compaction

machinery selection and optimum crop planning

7 Trans ASAE 34 (1) 2ndash8

8 Parmar RS McClendon RW Potter WD 1996 Farm machinery

selection using simulation and genetic

algorithms Trans ASAE 39 (5) 1905ndash1909

9 Rotz CA Buckmaster DR Mertens DR Black JR 1989

DAFOSYM A dairy forage system model forevaluating alternatives in

forage conservation J Dairy Sci 72 (11) 3050ndash3063

10 Rotz CA Muhtar HA Black JR 1983 A multiple crop machinery

selection algorithm Trans ASAE 26 (6)

11 1644ndash1649

12 Wiersma DW and BJ Holmes 2000 Estimating the weight of forage

in a forage wagon

104

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam

Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat

industry waste material

SUMMARY

Every year a meat industry produces great amount of waste material which in case of mismanagement might be a burden to environment as well as a danger to people Due to the presence of organic components the process of utilization is intricate and costs are very high in Poland In consequence the effective and economically viable methods of recycling are searched for The main waste material of meat industry constitutes of refuse fats from abattoirs It need to be stressed that in Poland the supply of wholesome fat is not sufficient which does not allow its use for energy purposes

Key words waste material meat industry biodiesel biogas

STRESZCZENIE

Przemysł mięsny wytwarza co roku znaczące ilości odpadoacutew ktoacutere w przypadku niewłaściwego zagospodarowania są uciążliwe dla środowiska i mogą być niebezpieczne dla ludzi W Polsce koszty ich utylizacji są wysokie a cały proces skomplikowany ze względu na to że w ich skład wchodzą odpady organiczne Skutkiem tego jest poszukiwanie skutecznych i opłacalnych metod zamiany odpadoacutew w inne produkty Głoacutewny odpad przemysłu mięsnego stanowią tłuszcze odpadowe z ubojni Należy podkreślić że podaż pełnowartościowego tłuszczu w Polsce jest zbyt mała i nie pozwala na jego energetyczne wykorzystanie

WSTĘP

Odpady mięsne charakteryzują się wysokim udziałem związkoacutew organicznych Ich zawartość szacuje się na 50-801 W przemyśle mięsnym wyroacuteżnia się sześć grup odpadoacutew

Odpady rzeźne operacyjne (mają największy udział- 37)

Odpady z zawartością chlorkoacutew

1 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

105

Gnojowica

Osady ściekowe

Odpady energetyczne

Odpady komunalno-gospodarcze

Odpady z przemysłu mięsnego można także podzielić na miękkie i twarde Do miękkich zaliczamy krew poubojową jelita wole przełyki skrawki skoacutery odpady mięsno-tłuszczowe zawartość przewodoacutew pokarmowych błony śluzowe gnojowicę wnętrzności i podroby osady z oczyszczania ściekoacutew soacutel z konserwacji skoacuter i jelit Odpady twarde to pierze odpadowe łapy i głowy drobiowe szczecina włosie rogi racice kopyta kości2

Możliwości wtoacuternego wykorzystania tych odpadoacutew są roacuteżne przedstawia je tabela 1

2Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

106

Tabela 1 Rodzaje produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego i możliwości ich wtoacuternego wykorzystania

Rodzaj odpadu Zastosowanie

Mięso świeże ( ze starych koni i kroacutew ) pasza naturalna dla mięsożernych zwierząt futerkowych domowych i z ogrodoacutew zoologicznych

Krew niespożywcza składnik mączek paszowych

Niegarbarskie części skoacuter produkcja żelatyny aminokwasoacutew osłonek wędliniarskich nici i gąbek i nici chirurgicznych błon do przeszczepoacutew tętnic tworzyw skoacuteropodobnych klejoacutew kosmetykoacutew paszy

Odpady mięsno-tłuszczowe ze skoacuter produkcja pasz

Szczecina produkcja szczotek pędzli pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Włosie produkcja szczotek pędzli smyczkoacutew muzycznych filtroacutew sit surowiec tapicerski i filcowy produkcja pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Rogowizna produkcja przedmiotoacutew użytkowych i galanteryjnych pasz hydrolizatoacutew mączek keratynowych nawozoacutew klejoacutew

Zawartość przewodoacutew pokarmowych nawoacutez pasza dodatek do surowcoacutew utylizacyjnych

Odpady jelit surowiec utylizacyjny

Błona śluzowa jelit produkcja preparatoacutew farmaceutycznych i pasz

Odpady tłuszczowe tłuszcz techniczny i pasze

Kości produkcja klejoacutew żelatyny pasz odzyskiwanie fosforu

Błony- w tym błony surowicze źroacutedło kolagenu

Soacutel z konserwacji skoacuter i jelit oraz peklowni

na razie brak racjonalnego wykorzystania

Inne surowce utylizacyjne pasze tłuszcz techniczny

Gnojowica Nawoacutez

Osady ściekowe nawozy pasze

od listopada 2004 r odpady pochodzenia zwierzęcego ( z wyjątkiem ryb i plazmy krwi ) nie mogą być przeznaczone do produkcji mączek paszowych

Źroacutedło Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego zeszyt 4

Skład i właściwości fizykochemiczne tłuszczoacutew technicznych wykazują brak zagrożenia ekologicznego przy termicznej obroacutebce Zawartość wilgoci i popiołu kształtuje się na poziomie podobnym jak przy oleju opałowym Tłuszcze techniczne nie zawierają w swoim składzie żadnych substancji

107

ktoacutere po spaleniu mogłyby okazać się szkodliwe dlatego są one dobrym surowcem do produkcji paliw

CEL I ZAKRES

Celem pracy zaprezentowanej w artykule jest analiza zasoboacutew surowcoacutew odpadowych przemysłu mięsnego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce Do zrealizowania sformułowanego powyżej celu w pracy przeprowadzono obliczenia i analizę ktoacuterych zakres obejmuje

Charakterystykę przemysłu mięsnego wraz z prognozą do 2020 roku

Określenie wspoacutełczynnikoacutew opisujących ilość odpadoacutew z danego sektora

Określenie wspoacutełczynnikoacutew do przeliczenia ilości odpadoacutew na ilość biopaliwa

Obliczenie potencjału teoretycznego biopaliw z prognozą do 2020 roku

Analiza została przeprowadzona w oparciu o dane literaturowe

CHARAKTERYSTYKA RYNKU MIĘSA

Rynek wieprzowiny

Ostatnie lata były najdłuższym okresem systematycznego pogarszania warunkoacutew chowu trzody chlewnej i w związku z tym ograniczania tego chowu W lipcu 2009 roku pogłowie wynosiło 143 mln sztuk Ocenia się że w 2010 roku pogłowie trzody chlewnej może liczyć około 15 mln sztuk W 2008 roku produkcja żywca wieprzowego w wbc wyniosła 2483 tys ton i była mniejsza w poroacutewnaniu z rokiem ubiegłym o 105 Przewiduje się że rok 2011 będzie charakteryzował się wzrostem produkcji Łączny eksport wieprzowiny w 2008 roku wynioacutesł 399 tys ton a import 514 tys ton Eksport żywca przetworoacutew i tłuszczoacutew wieprzowych w I poacutełroczu 2009 roku ukształtował się na poziomie 151 tys ton w ekwiwalencie mięsa Import produktoacutew wieprzowych wynioacutesł w 2008 roku 514 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku wynioacutesł on 259 tys ton w ekwiwalencie mięsa

Rynek wołowiny

W czerwcu 2009 roku pogłowie kroacutew było mniejsze o 42 w poroacutewnaniu z rokiem poprzednim a pogłowie bydła ogoacutełem o 1 Produkcja żywca wołowego w 2008 roku wzrosła o 24 W I poacutełroczu 2009 roku produkcja żywca wołowego była większa o 85 niż w I poacutełroczu roku poprzedniego W 2008 roku liczba urodzonych cieląt wyniosła 2351 tys sztuk W I poacutełroczu 2009 roku liczba ta zmniejszyła się o 12 Zmniejszył się roacutewnież uboacutej cieląt o ok 2 Łączny eksport żywca mięsa i przetworoacutew

108

wołowych w 2008 roku wynioacutesł 263 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku import mięsa wołowego był zbliżony do roku poprzedniego3

3 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

109

PROGNOZA RYNKOWA

Uboje bydła mogą się zmniejszać o 21 rocznie natomiast w ubojach trzody chlewnej może kształtować się tendencja wzrostowa4

Tabela 2 Uboje całkowite bydła i trzody chlewnej w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

W następnych latach produkcja mięsa wołowego może się zmniejszać w tempie 26 rocznie do ok 300 tys t w 2020 roku5

Tabela 3 Produkcja wołowiny i wieprzowiny w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

POTENCJAŁ TOERETYCZNY BIOPALIW

Dane określające uboacutej bydła i trzody chlewnej (tab 2) oraz produkcję żywca wołowego i wieprzowego (tab 3) służą obliczeniu szacunkowej produkcji odpadowych tłuszczy zwierzęcych

4 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214)

5 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214) s 36

110

Tabela 4 Szacunkowa produkcja tłuszczy zwierzęcych (odpadowych technicznych) w poszczegoacutelnych latach

Wyszczegoacutelnienie 2009 2010 2011 2012

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego (mln szt)

1300 1273 1246 1220

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013 = 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4648 ok 4551 ok 4454 ok4362

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

21 2617 262 263

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001 =066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1386 ok 1727 ok1729 ok 1736

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

783 650 392 382

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 3915 325 196 191

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

47 39 235 23

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 47 ok 39 ok 235 ok 23

Lata 2009 2010 2011 2012

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2286 2393 2396 2404

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 914 957 958 961

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

46 478 48 48

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 46 ok 478 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe ok 696 ok 715 ok 69 ok 68

111

tłuszcze i po utylizacji (tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2013 2014 2015 2016

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1194 1169 1144 1120

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4269 ok 4179 ok 409 ok4004

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

263 265 267 267

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1736 ok 1749 ok 1762 ok 1762

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

375 364 357 353

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 1875 182 1785 1765

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

225 218 214 2118

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 225 ok 218 ok 214 Ok 212

Lata 2013 2014 2015 2016

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2411 2421 2429 2420

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 964 968 971 968

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4822 4842 4858 484

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 48 ok 48 ok 49 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji

ok 671 ok 663 ok 656 ok 645

112

(tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2017 2018 2019 2020

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1096 1073 1050 1028

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 3918 ok 3836 ok 3754 ok 3675

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

268 269 269 27

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1769 ok 1775 ok 1775 ok 1782

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

346 340 325 321

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 173 170 1625 1605

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

2076 204 195 1926

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 2 ok2 ok 2 ok 19

Lata 2017 2018 2019 2020

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2414 2410 2400 2390

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 965 964 960 956

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4828 482 48 478

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

Ok 48 ok 48 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji (tys t)

ok 637 ok 63 ok 621 ok 613

113

Źroacutedło wskaźniki do obliczeń przyjęto na podstawie E Piotrowski IPMiT w Warszawie oddział w Poznaniu oraz K Dowgiałło Dep Weterynaryjny MRiRW W Sikorki ndash ZM Skiba Chojnice

Łączną ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020 przedstawia tabela 5

Tabela 5 Łączna ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

Wydajność produkcji biogazu z tłuszczu kształtuje się na poziomie 800 m3tonę substratu6 natomiast ilość biodiesla wytworzonego z tłuszczu zwierzęcego w każdym kolejnym roku jest proporcjonalna do ilości tłuszczy odpadowych jakie wytworzył przemysł mięsny7

Tabela 6 Szacunkowa ilość biogazu i biodiesla możliwa do wytworzenia z tłuszczu zwierzęcego w latach 2009-2020

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Łącznie tłuszcze odpadowe i po

utylizacji [tys Ton]

696 715 69 68 671 663

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

55680 57200 55200 54400 53680 53040

Biodiesel [tys ton]

696 715 69 68 671 663

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Łącznie tłuszcze odpadowe i po utylizacji[tys ton]

656 645 637 63 621 613

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

52480 51600 50960 50400 49680 49040

Biodiesel [tys ton]

656 645 637 63 621 613

Źroacutedło obliczenia własne

6 httpwwwpostcarbonpl 2009

7 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

114

Tabela 7 Ilość paliwa z odpadoacutew w przeliczeniu na tony oleju ekwiwalentnego

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Biodiesel

[ktoe]

617 631 609 60 593 585

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 307 314 303 299 295 291

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Biodiesel

[ktoe]

579 57 563 556 548 541

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 288 283 28 277 273 269

Źroacutedło opracowanie własne

Tabela 8 Potencjał teoretyczny biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku (ktoe)

Wyszczegoacutelnienie Rynek mięsa

Biodiesel

[ktoe]

6992

Biogaz

[ktoe] 3479

Źroacutedło opracowanie własne

PODSUMOWANIE

1 Przemysł mięsny każdego roku wytwarza znaczące ilości odpadoacutew

ktoacutere mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw ze względu

na wysoki potencjał energetyczny

2 Głoacutewnym odpadem powstającym w sektorze mięsnym

wykorzystywanym do produkcji biopaliw może być odpadowy tłuszcz

zwierzęcy

115

3 Ilość tłuszczu zwierzęcego powstałego przy przetwoacuterstwie mięsa

do 2020 roku szacuje się na 7917 tys ton

4 Potencjał produkcji biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku

szacowany jest na 6992 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew zostanie

wytworzony biodiesel lub 3479 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew

zostanie wytworzony biogaz

LITERATURA

1 Biuletyn informacyjny Podaż i popyt w Europie a perspektywy

produkcji rolniczej w Polsce ARR 2009 Nr 4 (214) s 36- 49

2 httpwwwpostcarbonpl 2009

3 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

4 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

5 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki

zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego

Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

116

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill

INTRODUCTION

Wear arises by impact of friction of cut chip pieces and workpiece surfaces with the tool Its mechanism is characterized by friction of little elements of tactile layers and their removal in form of products of friction from cutting area Wear of cutting wedge has faster progress than wear of machine parts even though that physical nature is the same Cause should be found in peculiarity of friction process in manufacturing cutting New metal surfaces come to contact with cutting material at all times [5]

1 SPECIFICATION OF EXPERIMETAL CONDITIONS

11 CATEGORIZATION OF EXPERIMENT

As the measurements are focused on verification of durability of cutting materials selected on the base of previous testing the long-term method of testing was chosen These methods of long-term testing have the disadvantage of huge time and material consumption although they are more precise as short-term tests

12 CHARACTERISTIC OF EXPERIMENTAL ENVIRONMENT

For the purposes of experiment there was CNC machining center HAAS VF- 1B utilized that is situated in laboratory of Cracow Polytechnics in Cracow Poland

121 CUTTING CONDITIONS

From the viewpoint of cutting conditions established for these experiment the dimensions of relevant workpieces were taken into consideration together with requirements of measurements that should provide the results Entire experiment was realized as long-term durability testing

Established conditions

Spindle speed n with value of 1800 otmin-1

Cut depth ap with value 15 mm

Cutting speed vc with value 34 mmin-1

117

feed rate vf with value 004 mmteeth

122 MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS

As a workpiece material there was steel used marked as STN 17 241 EN X5CrNi 18-10 that is austenitic chrome-nickel steel with very good corrosion resistance good plasticity in cold stage and good weldability

As tool materials there were three kinds of HSS grooving mills with two wedges and diameter of 6 mm (obr2)

A coatless

B with coating ALTiN

C with coating AlTiSiN

123 EXPERIMENT PROCEDURE

According to determined parameters (coating type of cutting plate cutting speed cut depth and feed rate) the verification of durability of mills was started Experiment was realized on material with dimensions 200x100x50 (obr1) With all tool crossing movements the cutting conditions were kept constant As first tested mills samples bdquoAldquo with no coating were tested Second tested were bdquoBldquo samples with AlTiN coating Finally bdquoCldquo samples were tested with AlTiSiN coating After each tool crossing movement the time of tool engagement was measured together with tool wear Milling was realized until the wear reached the value of VBB = 600 microm Wear was monitored with use of optical device with decuple optical zoom With respect to selected material STN 17 24 the wear at first two tool crossings was zero With further tool crossings the wear reached the value of VBB = 200 microm This value was constant until the wear started to increase swiftly what was obvious also from width of working trajectory of the tool Individual measured values were graphically evaluated

Fig1 Fig2

118

2 RESULTS

Fig3 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with no coating bdquoAldquo

Fig 4 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiN coating bdquoBldquo

Fig 5 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiSiN coating bdquoCldquo

119

3 CONCLUSION

Cutting tools for engineering manufacturing are produced of different materials ndash starting from tool steel (high-speed) through sintered carbides (coatless or with hard coating) cermets cutting ceramics to very hard materials (synthetic diamond and cubic boron nitride) This wide assortment of materials is the result of long and intensive research and development in that area and is connected with development of constructional materials that need to be machined Currently and neither in close future there are no expactations in invention of brand new cutting material Therefore the efforts of all research teams in area of cutting materials focus to improvements of technological aspects with precise of application area [5]

Contribution is created woth support of ministry of education of Slovak Republic with exploitation of grant VEGA 1088510 From presented graphs it is obvious that with HSS mills labeled as bdquoAldquo samples lowest durability was achieved as the mills engagement was shortest With mills with AlTiN coating that were labeled as bdquoBldquo samples the impact of coating was observed while reaching doubled lifespan Highest value of lifespan was documented on graph C and achieved after use of HSS mills with AlTiSiN coating lebeled as bdquoCldquo samples Their engagement time was three times longer than with coatless bdquoAldquo samples This experiment confirmed that development and research in the area of tool coating has still significant importance

REFERENCES

1 Biacutelek O Lukovics I Experimental simulation of heat and stress

formation for surface grinding In Katelinic B Daaam International

Scientific Book 2008 7th ed Vienna Austria Daaam International

Vienna Vienna 2008 pp 35-42 ISBN 978-3-901509-69-0

ISSN 1726-9687

2 Buda J Bekeacutes J Teoretickeacute zaacuteklady obraacutebania kovov 1 vyd

Bratislava SVTL 1967 700 s ISBN 63-046-67

3 Neslušan MTurek S Brychta J Čep R Tabaacuteček M

Experimentaacutelne metoacutedy v trieskovom obraacutebaniacute Žilina 2007 ISBN 978-

80-8070-711-8

4 Vasilko K Teoacuteria rezneacuteho procesu 1vyd Prešov 2006

ISBN 80-8073-586-7

5 Humaacuter A Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha 2008 ISBN 978-80-

254-2250-2 Lukovics I Biacutelek O High Speed Grinding Process

Manufacturing Technology 2008 8 12-18 ISSN 1213248-9

120

KovalyshynOleh

Lviv National Agrarian University

Usingcloud computingtechnologyin education process

ANNOTATION

This paper considers thetechnology ofcloudcomputing its

structureandmethodsof applicationtoimprovethe educational process

INTRODUCTION

Cloud computing refers to the provision of computational resources on demand via a computer network such as applications databases file services email etc In the traditional model of computing both data and software are fully contained on the users computer in cloud computing the users computer may contain almost no software or data (perhaps a minimal operating system and web browser only) serving as little more than a display terminal for processes occurring on a network of computers far away Common shorthand for a provided cloud computing service (or even an aggregation of all existing cloud services) is The Cloud

The phrase ldquocloud computingrdquo originated from the cloud symbol that is usually used by flow charts and diagrams to symbolize the internet The principle behind the cloud is that any computer connected to the internet is connected to the same pool of computing power applications and files Users can store and access personal files or use productivity applications

121

on a remote server rather than physically carrying around a storage medium such as a DVD or thumb drive Almost all users of the internet may be using a form of cloud computing though few realize it [1]

Cloud computing involves pooling the processing power of multiple remote computers in the cloud to achieve a task such as data warehousing of hundreds of terabytes managing and synchronizing multiple documents online or computationally intensive work These tasks would normally be difficult time consuming or expensive for a single computer to accomplish The result of this processing is then served using the Internet to one or more clients working on their local computer

The National Institute of Standards and Technology (NIST) provides a specific definition

Cloud computing is a model for enabling convenient on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (eg networks servers storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2]

Cloud computing describes a new supplement consumption and delivery model for IT services based on Internet protocols and it typically involves provisioning of dynamically scalable and often virtualized resources It is a byproduct and consequence of the ease-of-access to remote computing sites provided by the Internet This frequently takes the form of web-based tools or applications that users can access and use through a web browser as if they were programs installed locally on their own computers

Typical cloud computing providers deliver common business applications online that are accessed from another Web service or software like a Web browser while the software and data are stored on servers

Most cloud computing infrastructures consist of services delivered through common centers and built-on servers Clouds often appear as single points of access for consumers computing needs Commercial offerings are generally expected to meet quality of service requirements of customers and typically include service level agreements

The key characteristic of cloud computing is that the computing is in the cloud that is the processing (and the related data) is not in a specified known or static place(s) This is in contrast to a model in which the processing takes place in one or more specific servers that are known All the other concepts mentioned are supplementary or complementary to this concept [3]

122

HOW TOUSECLOUD COMPUTINGTOIMPROVETHE EDUCATIONALPROCESS

Inpracticecloud computingtechnologycan be usedtofacilitatethe learning processinestablishments of higher education Accordingtothe developedproject information required forstudentsduringthe learning process(literature applications software simulators etc) placedon the local serverof the institutionand eachcomputerthat isconnectedto theLANcan accessthese products Thismethodgives atremendousadvantage because theres noneed toinstallsoftwareon eachcomputerseparately simplifyingadministrationof computerclasses andminimizingcarejobs An importantadvantageis thepossibility ofproviding for studentsindividualrooms on the serverwheretheycanposttheir owninformation concerning withtraining In fact studentsrsquo attachment to the workplace disappears from any computer in the university access to the software package as well as their own rooms is granted

Technologyallowsimprovingcomputer studentstestingbecause itminimizesthe chance of interventiontothe applicationof unauthorized personsduring testing This is provided by that the local computer where the actual testing process rakes place has no server side program or processes associated with it which does not allow to hack it Interference in testing process needs to break the server which is ten times harder In addition there is no need to install the testing program on each computer separately Process of updating software changing databases issues is simplified Test results may be available to students through the cloud as an Internet application

Thistechnologybecomessignificant in practicedue tothe factthat existent standardsof educationof engineerstraining areas such as ldquoProcesses machinesandequipmentAIPrdquo rdquoPower engineering and electro technical systems in AIC rdquo ldquoMechanicalldquo ldquoCartransportrdquosoprovide for passing offinalstateexam in the form of test Thanks tothis technologyit is easily toconvertthis examoncomputertestingthatwillsignificantlyreducethe timeof its carrying out and will expandopportunitiesandthe terms of preparationetc

Cloud computingcan alsobe usedas oneof theoptions fordistance learningby making theaccessto theinformationavailable on theserverfrom the Internet Instructional materialsneededfor training must be placedon the serverwherethey will be availableto students The evaluations are conductedusingthe softwarepresented on it Resultsare placedinappropriate studentsrooms where theywere available to theteachers Thismethodcan be usedforongoing monitoringof students registration of the progressof theirstudiesforsome definite period oftime alwaysdeterminingtheirrating

123

CONCLUSIONS

1 Cloud computing technologies have wide a use in the educational

process for its improvement and provide students with additional

opportunities

2 Cloud computing technology is a simple method of implementation of

the methods of computer testing during passing of final state exams by

students of engineering directions if itrsquos provided by existing standards

of education

3 Cloud computing can also be used as one of the variants of distance

studying and constant current control students knowledge of particular

subjects and it presents an opportunity to determine continuously their

rating according to the results

REFERENCES

1 John Rittinghouse James Ransome Cloud Computing

Implementation Management and Security CRC Press 2009

ISBN 1439806802

2 Michael Miller Cloud Computing Web-Based Applications That

Change the Way You Work and Collaborate Online 2008

ISBN 0789738031

3 John Rhoton Cloud Computing Explained Implementation Handbook

for Enterprises 2009 ISBN 9780956355607

124

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron

Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives

ABSTRACT

Decorative qualities and constant demand on Rhododendron are the reasons of perfecting and using micropropagation methods on large scale ndash to mass proliferation of this plants [Bojarczuk 1995 Gertere i Tomsone 1996 Tomsone i wsp 2004 Almeida i wsp 2005 Vejsadova 2008] Meristems fragments and floral inmature buds are using as primary explants to culture iniciation The objective tests was valuation of growth regulators influence on micropropagation of Rhododendron hybrid received in Forest Arboretum in Slizow which is characterized by relatively dark flowerrsquos color rare found among Rhododendrons Technics based on micropropagation permit to get its hybrid seedlings on the mass scale and keep it values because backwoods constitute only the single shrub This technic limits application traditional methods of vegetative proliferation by coupling or cuttings in arboretum and generative proliferation may cause loss this mark Andersonrsquos [1984] medium was applicated as the basic medium and it was modificated by Bojarczuk [1994] Basic medium was supplemented by phytohormons in differentiated concentration (cytokines ndash 2iP 2-8 mgl and auxins ndash IAA 02-4 mgl TDZ 01-02 mgl) and its combination

WSTĘP

Rodzaj Rhododendron oznacza zaroacutewno Roacuteżaneczniki - zimozielone oraz Azalie ndash zrzucające liście W rodzaju Rhododendron oznaczono 850 gatunkoacutew krzewoacutew i krzewinek występujących od strefy arktycznej do goacuter tropikoacutew Naturalnie większość gatunkoacutew występuje w Azji w goacuterach Chin i Himalajach w formie goacuterskich zarośli Jest to rodzaj o niezwykle dużym zroacuteżnicowaniu dekoracyjnych form kwiatoacutew niestety najczęściej nie mrozoodporny w warunkach Polski wyjątek - Rhododendron luteum Azalia pontyjska wcześniej traktowana jako flora rodzima Polski teraz gatunek uznany za zawleczony przez Tataroacutew Charakterystycznym warunkiem zdrowego wzrostu większości roacuteżanecznikoacutew jest zapewnienie im podłoża o kwaśnym odczynie ndash pH 4-5 Jest to cecha typowa dla rodziny

125

EricaceaeHodowla roacuteżanecznika rozwija się głoacutewnie w kierunku tworzenia odmian dpornych na niekorzystne czynniki środowiskowe abiotyczne - mroacutez zasolenie suszę oraz biotyczne ndash patogeny (fitoftoroza mączniak prawdziwy szara pleśń mączlik roacuteżanecznikowy kibitnik azaliaczek mszyca azaliowa i inne) oraz o coraz to bardziej wysublimowanych walorach dekoracyjnych Sposoby rozmnażania Rhododendronoacutew można podzielić na proste (nielaboratoryjne) oraz laboratoryjne Proste to odkłady (proste ndash pędy przyginane do ziemi powietrzne ndash nacięcie pędu w ktoacuterym umieszcza się ukorzeniacz oraz torf zawinięte folią do czasu wydania korzeni przybyszowych) a także sadzonki poacutełzdrewniałe ndash pobrane z pędoacutew wierzchołkowych i ukorzeniane w ukorzeniaczu Do laboratoryjnych sposoboacutew rozmnażania zaliczamy kultury in vitro (mikropropagacja)

Powodem doskonalenia i wykorzystania na szeroką skalę metod mikropropagacji do masowego mnożenia roacuteżanecznikoacutew są w szczegoacutelności walory dekoracyjne i stały popyt na te rośliny Jako eksplantaty pierwotne do inicjacji kultur wykorzystuje się fragmenty merystemoacutew i pąki kwiatowe Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu regulatoroacutew wzrostu na mikropropagację mieszańca roacuteżanecznika otrzymanego w Arboretum Leśnym w Ślizowie charakteryzującego się stosunkowo ciemnym zabarwieniem kwiatoacutew rzadko spotykanym wśroacuted roacuteżanecznikoacutew

MATERIAŁ I METODY

Materiał do założenia doświadczenia stanowiły eksplantaty wtoacuterne w postaci pięciolistnych pędoacutew umieszczanych na pożywce Alo (kontrola) oraz wzbogaconej następującymi regulatorami wzrostu (mgl)

1 Al0 2 Al0+20 22iP+02IAA 3 Al0+20 22iP 4 Al0+20 22iP+02IAA+05TDZ 5 Al0+80 22iP+20IAA+05TDZ

Jako pożywkę podstawową zastosowano pożywkę Andersona (1984) z modyfikacjami (AL) zaproponowanymi przez Bojarczuk (1995) W drugiej fazie doświadczenia materiał przełożono na pożywkę MS Doświadczenie założono w pięciu powtoacuterzeniach (powtoacuterzeniem były szklane naczynia ze sterylnymi warunkami w ktoacuterym było 5 eksplantatoacutew) Pomiary wykonano po 15 miesiącu a następnie kolejny raz po przełożeniu na pożywkę MS bez regulatoroacutew wzrostu Obserwowano wielkość eksplantatoacutew liczbę korzeni i liści obecność pędoacutew bocznych pędoacutew przybyszowych tkanki kalusowej

126

WYNIKI

Metoda kultur in vitro składa się z kilku następujących po sobie etapoacutew do ktoacuterych należą pozyskanie sterylnego materiału roślinnego przeniesienie materiału na pożywkę w celu inicjacji kultury pobudzanie do wzrostu eksplantatoacutew pierwotnych za pomocą fitohormonoacutew wielokrotne pasażowanie roślin do momentu uzyskaniu odpowiedniej ilości mikrosadzonek o wysokiej jakości wysadzenie do warunkoacutew in vivo W ten sposoacuteb uzyskuje się gotowy materiał handlowy Na bazie wykonanego doświadczenia można wywnioskować że wykorzystanie techniki opartej na mikropropagacji pozwoli na uzyskanie sadzonek tego mieszańca na skalę masową zachowując jego walory Matecznik do pozyskania eksplantatoacutew pierwotnych stanowił tylko pojedynczy krzew W tym przypadku ogranicza to zastosowanie tradycyjnych metod wegetatywnego mnożenia poprzez szczepienie czy sadzonkowanie w szkoacutełce Stwierdzono następczy wpływ zastosowanych regulatoroacutew wzrostu co było widoczne w postaci rozwijających się pędoacutew przybyszowych z morfogennej tkanki kalusowej

Najprzydatniejszą pożywką do namnażania (w celu uzyskania licznych pędoacutew przybyszowych) okazały się pożywki Al0 +20 22iP Al0 +20 22iP+02IAA+05TDZ oraz Al0 +80 22iP+20IAA+05TDZ na ktoacuterych odnotowano od 70 -97 eksplantatoacutew z morfogenną tkanką kalusową regenerującą w nowe pędy

LITERATURA

1 Almeida R Gonccedilalves S Romano A 2005 In vitro micropropagation of endangered Rhododendron ponticum L subsp baeticum (Boissier amp Reuter) Handel-Mazzetti

2 Bojarczuk K 1994 a In vitro rapid propagation of Rhododendron cultivars from callus and bud cultures

3 Bojarczuk K 1996 Regeneracja wybranych odmian roacuteżanecznikoacutew z pąkoacutew bocznych i przybyszowych w kulturach in vitro

4 Vejsadovaacute H 2008 Growth regulator effect on in vitro regeneration of Rhododendron cultivars

127

Inż OsypiukRoman dr inż Gendek Arkadiusz

Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw

WSTĘP

Pilarki spalinowe używane do pozyskiwania drewna wyposażone są w piły łańcuchowe z zębami tnącymi typu żłobikowego Ze względu na to że piła łańcuchowa należy do wieloostrzowych narzędzi skrawających podstawową zasadą pracy jest zachowanie takich samych kształtoacutew wymiaroacutew liniowych i kątowych wszystkich takich samych elementoacutew w całym okresie eksploatacji Szczegoacutelnie istotne jest to w przypadku ogniw tnących Zachowanie określonych wymiaroacutew poszczegoacutelnych ogniw podczas eksploatacji wpływa pozytywnie na trwałość całego zespołu tnącego komfort pracy wydajność skrawania oraz bezpieczeństwo operatora podczas pozyskiwania drewna

Diagnostyka stanu piły łańcuchowej przez operatora polega przede wszystkim na ocenie wizualnej jej stanu technicznego oraz na przeprowadzeniu pomiaru zniżenia ogranicznika posuwu i długości poacutełki zęba tnącego Operatorzy zazwyczaj nie sprawdzają konta nachylenia ogniwa tnącego

W czasie eksploatacji ostrzenie pił i zniżanie ogranicznika posuwu odbywa się ręcznie Bardzo często użytkownicy pilarek nie używają dodatkowych akcesorioacutew (np prowadnikoacutew rolkowych) dla zachowania odpowiednich parametroacutew Wielokrotne ostrzenie bdquoz rękirdquo powoduje to że w poszczegoacutelnych ogniwach otrzymuje się roacuteżną długość poacutełki roacuteżne kąty oraz roacuteżną wysokość ogranicznika Problemy pojawiają się roacutewnież w przypadku ostrzenia ogniw prawych i lewych Ze względu na to że większość społeczeństwa jest praworęczna łatwiej i dokładniej można naostrzyć ogniwa lewe Roacuteżnice w wysokości i kątach zęboacutew prawych i lewych mogą w konsekwencji wpływać na wydajność pracy i bezpieczeństwo pracy przy ścince drzew Na rysunku 1 przedstawiony został schemat drzewa z pochyloną płaszczyzną rzazu ścinającego Roacuteżnica wysokości ogniw prawych i lewych spowodowała bdquościąganierdquo rzazu w kierunku zęboacutew wyższych Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niejednakowej wysokości ogranicznika między stronami

128

Rysunek 1 Pochylona płaszczyzna rzazu ścinającego

Wysokość ogranicznika grubości wioacutera wpływa roacutewnież na wydajność skrawania drewna Na podstawie literatury można stwierdzić że zniżając ogranicznik rośnie wydajność skrawania ale po przekroczeniu pewnej granicy wydajność ta spada

CEL I METODYKA

Celem badań było ustalenie czy operatorzy pilarek w ramach codziennej obsługi prawidłowo ostrzą i regulują swoje piły łańcuchowe tzn czy przy wykorzystaniu dostępnych narzędzi serwisowych potrafią zachować zgodne z instrukcją parametry ogniw tnących oraz jaki ma to wpływ na wydajność i ewentualne bezpieczeństwo pracy

Do pomiaroacutew zostały użyte losowo wybrane piły łańcuchowe z dwoacutech Zakładoacutew Usług Leśnych pracujących na terenie Nadleśnictwa Chojnoacutew oraz z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa Wydziału Inżynierii Produkcji Z ZUL nr 1 otrzymano do badań 8 pił z ZUL nr 2 15 pił z ZML otrzymano 5 pił Wszystkie piły zostały oznaczone kolejnymi numerami odpowiednio dla ZUL nr 1 numeracja 1divide8 dla ZUL nr 2 numeracja 9divide23 dla ZML numeracja 24divide28

Piły pobrane z ZUL charakteryzowały się znacznym stopniem zużycia tzn były w końcowej fazie eksploatacji jednak pilarze na co dzień wykonywali nimi pozyskiwanie drewna Kilka pił miało uszkodzone pojedyncze ogniwa

Piły z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa charakteryzowały się średnim stopniem zużycia tzn nadającym się do dalszej eksploatacji Piły te zostały pobrane do badań po zakończeniu kursu pilarza w ramach ktoacuterego uczestnicy uczyli się min prawidłowego ostrzenia

129

W celu dokonania pomiaroacutew zostały zrobione zdjęcia wszystkich ogniw tnących Ogniwa były fotografowane prostopadle z goacutery i z boku Na zdjęciach rejestrowany był roacutewnież wzorzec długości Zdjęcia trafiały do programu MultiScan gdzie po wyskalowaniu obrazu wykonywane były pomiary zniżenia ogranicznika posuwu względem krawędzi tnącej oraz kąta nachylenia ostrza poziomego

Każdy pomiar wykonano trzy krotnie następnie obliczano wartość średnią ktoacutera była wykorzystywana do dalszych analiz Program MultiScan umożliwia uzyskiwanie dużych dokładności jednak w ze względu na błąd człowieka przyjęto niższą dokładność - 005mm

Otrzymane wyniki zapisano w programie Excel oraz Statistica Opracowanie wynikoacutew pozwoliło na określenie średniej wartości poszczegoacutelnych parametroacutew dla badanych pił odchylenia standardowego oraz błędu Wyniki przedstawiono w formie wykresoacutew

Wszystkie piły zostały ponumerowane i przypisane do odpowiedniego zakładu z ktoacuterego pochodziły

OMOacuteWIENIE WYNIKOacuteW

Zgodnie z danymi katalogowymi zniżenie ogranicznika posuwu powinno wynosić 05-07mm Na rysunku 1 przedstawione zostało zniżenie ogranicznika dla ogniw prawych i lewych w poszczegoacutelnych piłach

wys ogranicznika P

wys ogranicznika L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

00

05

10

15

20

25

30

35

Wys

oko

ść [m

m]

Rysunek 2 Zniżenie ogranicznika posuwu dla ogniw prawych (P)

i lewych (L)

130

Zakres średnich wartości zniżenia ogranicznikoacutew w pierwszym zakładzie wynosił 146-284 mm ndash wyjątek piła nr 4 gdzie zniżenie wynosi 023 mm Piły z pierwszego ZUL miały ogniwa ktoacuterych wartość ta znacznie przekraczała maksymalną zalecaną wartość katalogową Można przypuszczać że pracownicy tego zakładu chcieli poprzez zniżenie ogranicznikoacutew poprawić wydajność skrawania (przez zwiększenie grubości wioacutera) albo nie znali zasad prawidłowego ostrzenia ogniw tnących Wadą takiego zabiegu jest to że piła jest poddawana znacznie większym obciążeniom co doprowadza do szybszego jej zużycia a jednocześnie może to wpłynąć na zmniejszenie bezpieczeństwa pracy ponieważ piła na skutek zwiększonego obciążenia może się zerwać W zakładzie nr 1 daje się zauważyć roacutewnież znaczną roacuteżnicę w wartości zniżenia ogranicznika między ogniwami prawymi i lewymi W pięciu przypadkach ogniwa lewe mają większe zniżenie w stosunku do ogniw prawych Roacuteżnice wysokości zniżenia ogranicznikoacutew pomiędzy prawni a lewymi ogniwami wskazuje na to że pilarz zniżając ograniczniki wykonywał roacuteżną liczbę pociągnięć pilnika dla prawego i lewego ogniwa lub wykonywane pociągnięcia były nie pełne W skrajnym przypadku dla piły nr 2 roacuteżnica ta dochodzi do 08 mm

W drugim zakładzie oraz ZML wartości zniżenia ogranicznikoacutew w większości przypadkoacutew były zgodne z wartościami katalogowymi lub nieznacznie odbiegały w goacuterę lub w doacuteł Świadczy to o tym że pracownicy starali się zachować prawidłowe parametry ogniw tnących Tak eksploatowane piły powinny zapewnić odpowiedni poziom wydajności i bezpieczeństwa pracy Tak jak w przypadku zakładu pierwszego roacutewnież tutaj dało się zauważyć roacuteżnice pomiędzy stroną prawą i lewą

Przeprowadzona analiza statystyczna dla wszystkich pił wykazała że w 68 roacuteżnice pomiędzy ogniwami prawymi a lewymi są istotne

Na rysunku 3 przedstawione zostały wartości kąta nachylenia ostrza poziomego ogniwa tnącego w poszczegoacutelnych piłach Zgodnie z instrukcją obsługi kąt ten w zależności od zastosowanej piły marki Oregon dla

standardowych pił zwiera się najczęściej w przedziale 25-30 w stosunku do prostopadłej płaszczyzny prowadnicy ndash w przypadku niniejszych badań ze względu na możliwości pomiarowe podawana jest wartość kąta jako

uzupełnienie do 90 Tak więc mierzony kąt nachylenia ostrza poziomego

powinien zawierać się w granicach 60-65

131

Kat zaostrzenia P

Kat zaostrzenia L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

40

45

50

55

60

65

70

75

80

t [o

]

Rysunek 3 Kąt nachylenia ostrza poziomego ogniw tnących prawych (P)

i lewych (L)

Spośroacuted badanych pił tylko 7 spełniło ten warunek dla ogniw prawych i lewych oraz 3 dla ogniw lewych i 1 dla ogniw prawych Pozostałe piły

miały w większości kąt mniejszy niż 60 co mogło wpływać na zwiększenie wydajności skrawania

W przypadku pił z zakładu nr 2 w 10 na 15 przypadkoacutew ogniwa lewe mają większy kąt zaostrzenia niż ogniwa prawe Może świadczyć o tym iż operator dokonujący ostrzenia pił nie używał dodatkowych przyrządoacutew pozwalających na zachowanie kąta Takiej zależności nie można stwierdzić dla zakładu nr 1 oraz dla ZML Może to wynikać ze zbyt małej proacuteby

Analizując wszystkie przypadki w 5 piłach roacuteżnice między katem nachylenia ostrza poziomego lewych i prawych ogniw były znaczne ndash

wynosiły ok 10 a w przypadku piły nr 15 roacuteżnica wynosiła 16

Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała że w 65 przypadkoacutew roacuteżnica pomiędzy kontem nachylenia ostrza poziomego ogniw prawych i lewych jest istotna

PODSUMOWANIE

Podsumowując należy przyznać że pilarze zajmujący się obsługą pił nie są w stanie zachować jednakowych parametroacutew ogniw prawych i lewych wykorzystując tylko ostrzenie ręczne

132

W wielu przypadkach pilarze zapewne celowo obniżają ogranicznik posuwu dla uzyskania większej wydajności skrawania drewna Zgodnie z prowadzonymi wcześniej badaniami nie zawsze przynosi to zamierzone efekty a jednocześnie negatywnie wpływa na komfort i bezpieczeństwo pracy

W przypadku kąta nachylenia ostrza poziomego występują roacuteżnice między stroną prawą i lewą Z reguły powstają one w wyniku ostrzenia bez wykorzystywania prowadnikoacutew ułatwiających utrzymanie kąta

Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi pił łańcuchowych należy używać szlifierki w celu wyroacutewnania wszystkich ogniw

Aby stwierdzić czy występują zależności w niedokładnościach ostrzenia między pilarzami i Zakładami Usług Leśnych należy przeprowadzić dalsze badania zwiększająca proacutebę poddawaną analizie

LITERATURA

1 Bieńkowski J bdquoWpływ stępienia ostrzy tnących na opory i wydajność skrawania piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr 12 1993

2 Botwin J Botwin M bdquoMaszynoznawstwo leśnerdquo PWRiL Warszawa 1979

3 Ciesielczuk P bdquoWpływ podziałki zęboacutew na tnących piły łańcuchowej na wskaźniki piłowania drewnardquo Praca doktorska SGGW Warszawa 1973

4 Gendek A bdquoWpływ parametroacutew sprzęgła na wydajność skrawania drewna pilarką spalinowąrdquo Praca doktorska SGGW Warszawa 2005

5 Goacuterski J bdquoOddziaływanie ogranicznika posuwu ogniwa tnącego na drewno w czasie skrawaniardquo Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 1 Warszawa 1996b

6 Łukomski Ł Praca doktorska bdquoBadanie mechaniki piłowania drewna piłami żłobikowymirdquo SGGW Warszawa 1977

7 Maciak A bdquoEffect of wear of saw chain cutters on the rate of wood cuttingrdquo Annals of Warsaw Agrikultural Uniwersity No 36

8 Maciak A bdquoBadanie oporoacutew i wydajności skrawania drewna bukowego łańcuchową piłą żłobikowąrdquo PTRiL nr 5 Warszawa 1994

9 Maciak A bdquoWpływ geometrii ostrza żłobikowego na jego obciążenie podczas skrawania drewna sosnowegordquo PTRiL nr 5 Warszawa 1998

10 Maciak A bdquoWpływ kąta pochylenia poziomej krawędzi tnącej ogniwa piły łańcuchowej na uzyskiwane efekty piłowaniardquo III Konferencja Naukowa bdquoOrganizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwierdquo Warszawa 2003

11 Więsik J bdquoPilarki przenośne budowa i eksploatacjardquo Warszawa 2005

133

12 Więsik J bdquoModel symulacyjny procesu skrawania drewna piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr10 1994

134

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of electrical supply by prof V Sinkova(Ukraine)

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator

ABSTRACT

The results of the development of construction three-phase permanent magnet linear generator and of its experimental research using a special stand which allowed to analyze the energy parameters of the generator

INTRODUCTION

At present one of the important subjects of research leading scientific institutions in the world is linear electric machines as is the possibility of their wide using in various settings of traditional and new systems Major new technical solutions that describe promising settings for the implementation of linear generators such as diesel generator sets [1] electrical power conversion system vibration waves into electricity [2] combined electric water suplying wind installations [3] and others Effective use of such electric power generators complex linear reciprocating motion can be provided them rational geometric dimensions that allow for sufficient energy performance at minimal volume Especially important for the development of new processing plants based on the conditions of economic feasibility and environmental safety is the use of alternative energy sources rather than internal combustion engines Thus the development and research of linear generator as a device for generating electric power plants that use renewable energy sources is important

GOAL

The purpose of this paper is the rise of energy performance of three-phase permanent magnet linear generator design data by developing and conducting the experiments

ARCHITECTURE OF THREE-PHASE

PERMANENT MAGNET LINEAR GENERATOR

In the baseline version of three-phase permanent magnet linear generator selected generator [4] is designed to convert mechanical energy of reciprocating motion combined electric water suplying wind installations into electrical energy Designs three-phasepermanent magnet linear generator

135

is in Fig1a In the complement of linear electric generator enter not ferromagnetic core 1 ferromagnetic elements 2 permanent magnets from the alloy of NdFeB 3 stator with electric coil 4 material is not ferromagnetic 5 Electric coil (phase A B C) form the stator three-phase system each placed in a closed magnetic cores 4 is divided ferromagnetic material 5 at a certain distance and the axial length of the ferromagnetic elements of the arm is equal to the width of the stator pole shoes and the distance between the poles each phase of the stator - the width of the permanent magnet each generator phase shifted with respect to another at

a distance of 3 + 3

1length of ferromagnetic elements and 3 +

2

1 length

magnets The disadvantage of this generator is increased consumption of materials Is caused by the fact that the magnetic elements have equal thickness throughout its length The aforesaid leads to undue stress in the understatement of the magnetic elements of magnetic remote from the active surface In addition the magnetic stator windings coverage on all their external surfaces leads to maximum dissipation of magnetic flux This negatively affects on the electric power rates

a b c

Fig 1 Sketch design of three-phase permanent magnet linear generator a - linear generator (basic version) b - linear generator (developed)

c - linear generator stator (developed)

OPTIMIZATION OF STATOR LINEAR GENERATOR

To increase electric power rates is possible by improving the design of the stator magnetic core and reduction of material inputs

Sketch of the proposed construction of a linear generator in Fig1b Compared with the basic version of Fig1a stator magnet linear generator differs presence of such features magnetic wire designed as a star a star has a multibeam type star-rays come from active surface coil rays directed from the active surface of the radius the total area of cross-sectional area are not less than beams magnetic core diameter of boring ratio of total

136

basal area of beams and square magnetic core diameter of boring at the same distance from an arbitrary start the rays

Description of proposed design features explained in Fig 1b Stator of magnet linear generator consists of a set of modules 6 successively established along the longitudinal axis and distant from each other nonmagnetic elements 7 Stator has an internal active surface 8 Module 6 has a winding 9 covered by magnetic wire 10 For ease of installation winding 9 magnetic wire 10 of module 6 along the longitudinal axis stator connectors should comply with two parts 11 and 12 From the technological point of view of 11 and 12 module 6 should be equal Magnetic wire 10 is designed as a multibeam stars 13 14 rays which leave the active surface 8 to the radius to it Thus the total area of cross beams on A - A on an arbitrary distance l from the beginning not less active in the area of magnetic core diameter Da boring

n times S ge Sа

where n - number of rays S - section area of the beam mm Sa - active magnetic area on the boring diameter mm

Thus due to implementation magnetic core in a multibeam star magnetic materials consumption is significantly reduced as not all of its volume filled with ferromagnetic material the presence of such zones significantly reduces the dissipation of magnetic flux which increases energy performance of a linear electric generator stator

According to the sketch of Fig 1b magnetic cores manufactured in Fig 2 and the electric coil Fig 3 which have become integral parts of the developed laboratory model of cylindrical three-phase permanent magnet linear generator Fig 4 and 5

a b c

Fig 2 Core of magnetic wire a b - are the modules core of magnetic wire c - is magnetic wire in the collected kind for one phase

137

a b

Fig 3 Electric coils a - is an electric coil b - an electric coil is set in the module of magnetic wire

Fig 4 Laboratory standard three-phase permanent magnet lineargenerator

Fig 5 Mobile magnetic system (inductor)

ARCHITECTURE OF SPECIALIZED STAND

In connection with absence of mass production of stands for realization of researches of linear generators the mobile element of which executes the recurrently-forward moving for a construction the sketch of specialized stand [5] On this stand it is possible to test linear electric machines both in the motive and in generator modes the mobile element of which executes the recurrently-forward moving Especially it touches experimental researches of linear electric machines with the small size of motion and variable frequency of recurrently-forward motion Thus during the small segment of motion and time it is necessary to execute the acceleration of

138

mobile element motion with permanent speed braking revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-east

The sketch of construction of specialized stand for experimental researches of linear generator at placing of mobile element in a midposition is represented on Fig 6

a b

Fig 6 Sketch of construction of specializedstand for experimental researches of linear generator a - is a frontal kind b - is a type of A

A stand for experimental researches has a power frame 1 on which a proof-of-concept electro-magnetic linear generator is set 2 and circulating electric machine of direct-current 3 A stand is set on a laboratory table 4 laboratories of experimental researches On the shaft of the rotor rotary electric DC machine 3 mounted disk 6 (Fig7а) Disk 6 related to the mobile element 7 linear electric machine 2 by means of lever 8 (Fig 7b) Lever 8 on one end has a connecting element 9 and on the second - hob 10 Ability to rotate of connecting element 9 provided due to bearing 11 hardly mounted on its surface and set in the holder of a 12 lever 8 Connecting element 9 of a lever 8 constrained by means of screw-thread connection with a disk 6 Hob 10 of a lever 8 connected with a roller mechanism 13 set on a mobile element 7 linear electric machine 2 Copulas of mobile

139

element 7 roller mechanism 13 of a hob 10 provided due to an axis 14 Roller mechanism 13 has the opportunity to move in sending 15 Planes of rolling 16 sending 15 placed in parallel to longitudinal wasp 17 linear electric machine 2 that is why and roller mechanism 13 moves during a longitudinal axis 17

a b

Fig 7 Disk (а) and lever (b) of crank-type-piston-rod mechanism

Disk 6 has a row of opening 18 for connection with the connecting element 9 of a lever 8 Opening 18 placed on different distance from the center of disk 6 On Fig7а distances from a center are represented as R1 R2 R3 Thus distance from the center of disk to the center of opening equal to the half of necessary at researches motion of mobile element 7

Thus due to implementation of stand in the offered kind possible test of linear electric generators of recurrently-forward motion here the size of motion of mobile element is set by distance from the center of disk to the center of opening on a disk and frequency of moving is regulated by speed of rotation of rotor of electric machine of direct-current

On Fig 8 shows a general view of the special stand built for experimental research under the thumbnail Fig 6 comprising a DC motor control system 2 crank-crank mechanism 3 frame 4 for installation of electric drive and investigated linear generator gauges 5 and the electrical load 6 Three-phase resistive load is three rheostats type RSP-2U3 (TU 16527197-79) to draw up to 1 A range of changes in load resistance 0 170 Ohm

140

Fig 8 A general view of stand for experimental researches three-phase electro-magnetic linear generator with the connected loading

and measuring devices

RESULTS

Defined dimensions and the electric parameters of three-phase permanent magnet linear generator are given in a tabular kind

Table 1Weight of basic sites and elements of linear generator

пп

Name of elements Weight

kg Quantity

Total weight

kg

1 Mobile magnetic system 416 1 416

2 Core to magnetic wire 271 6 1626

3 Coil (a puttee wire Oslash is a 09 mm of brand of ПЭТ-155 by an area to the cut of 0635 mm

2 number of winding - 1300)

2555 3 7665

4 Corps 1673 1 1673

5 Other elements 1185

Gross weight of generator 4600

Measuring of resistance of coil linear generator is conducted to the direct current with the use of method of voltmeter and ammeter Such requirements were thus observed a voltmeter joined the outputs of puttee directly an amount of disconnecting contacts in a chart was minimum the source of direct-current was a storage battery of 5NK125 the shows of devices were removed simultaneously measuring of pure resistance was conducted at an ambient temperature - 28 0С at duration of measuring of not more than 1 minute at what the temperature of coil differed from an ambient temperature no more than on 3 0С The results of measuring are added to the table 2

2 1

4

6

5

3

141

Table 2Pure resistance of coils linear generator

Measuring chain Shows of devices Certain

resistance Ohm U B I A

Phase A С1-С4 68 0583 1166

Phase B С2-С5 68 058 1171

Phase С С3-С6 68 0579 1173

Measuring of inductance of electric coils with magnetic wire from ferromagnetic material is conducted for terms analogical to the operating condition as inductance of such coils depends both on the size of current and from frequency For realization of measuring the method of measuring of inductance is used by means of ammeter voltmeter and wattmeter at a feed from tension of industrial frequency The results of measuring are added to the table 3

Table 3Inductance of electric coil linear generator

Own inductance ofcoil without ferromagnetic core

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance L0 H P W U B I A

156 570 115 118 4813 0153

Inductance of coil from core magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance LМ H P W U B I A

1142 570 0306 122 18587 0592

Inductance ofcoil is with magnetic wire and coinciding of poles of the mobile magnetic system with extremities to magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Ld H P W U B I A

0509 570 0205 1211 2778 0885

Inductance of coils with magnetic wire at being of intervals between the poles of the mobile magnetic system symmetric between extremities to

magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Lq H P W U B I A

078 570 0255 120 22302 071

As a result of the conducted experiment for mechanical frequency of vibrations of the mobile magnetic system (inductor) of fr = 5 Hz with amplitude even to the half of pole step of linear generator and by resistance of loading in every phase of Rн = 35 Ohm an oscillograph is remove the form of curves of phase tension and current (Fig 9) For phase tension on-

142

loading UАN = 20 B and UВN = UСN = 40 B accordingly the size of current arrives at 05 A and 1 A

Form of tension in the puttee of phase A close to the sinewave A characteristic feature for this case is that electric frequency of tension of

phase A equal to the doubled mechanical frequency 10f2f re Hz It is

caused by that in times of one period of mechanical vibrations of inductor

rr fT 1 size of magnetic thread coupled with the puttee of stator

consistently passes for this time twice repeats the same values that results in doubling of electric frequency of tension (in relation to mechanical frequency of vibrations of inductor)

Tension in windings of phases B and С is characterized by electric frequency equal to mechanical frequency of vibrations of inductor -

5 re ff Hz and characterized by a change in space on a size 3

2and

3

4 in relation to a phase A accordingly Equality of frequencies for this

case is conditioned by a that circumstance that the period of change of

thread is equal to the period of mechanical vibrations of inductor rr fT 1

a b

Fig 9 Form of phase tension (а) and current (b) a three-phasepermanent magnet linear generator

143

Also it costs to notice that in the case of three-phase implementation of permanent magnet linear generator except for the difference of electric frequencies the presence of harmonic constituents takes place in every phase

CONCLUSIONS

1 The increase of power indexes of cylindrical three-phase permanent

magnet linear generator is possible due to implementation to magnetic

wire as a multibeam star which considerably diminishes to decrease in

the amount of material magnetic wire so however all its volume is filled

by ferromagnetic material and the presence of such areas diminishes

dispersion of magnetic thread considerably

2 Experimental research of linear electric generator needs drive

mechanism able to give to the mobile element (to the inductor) of the

recurrently-forward moving with the small size of motion and variable

frequency of recurrently-forward motion The use of specialized stand

allows during the small segment of motion and time to execute the

acceleration of mobile element motion with permanent speed braking

revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-

east

3 Implementation of electro-magnetic linear generator in the three-phase

system is characterized by the difference of electric frequencies and

presence of harmonic constituents in every phase thus electric

frequency of tension of phase A equal to the doubled mechanical

frequency re ff 2 and tension in coils of phases B and С is

characterized by electric frequency that equal to mechanical frequency

of vibrations of inductor re ff

4 It is recommended to use generate permanent magnet linear

generators electric energy for the feed of electro-consumers not

whimsical to quality of electric energy or charging of storage batteries

with next transformation to the pressure inverter with necessary

parameters for the feed of electro-consumers

REFERENCES

1 The linear petrol generator (diesel engine-generator) [Elektronny

resource] JG Skoromets Advertizing-information magazine

laquoElectrotechnical marketraquo ndash 2008 ndash 5(23) ndash 15 pages ndash Access

144

mode to magazine httpmarketelecrunomer22linejnyj-

benzogenerator-dizel-generator

2 M Leijon O Danielsson M Eriksson K Thorburn H Bernhoff J

Isberg J Sundberg I Ivanova E Sjőstedt O Aringgren KE Karlsson

A Wolfbrandt An electrical approach to wave energy conversion

Elsevier Ltd Renewable Energy 31 (2006) 1309ndash1319

3 The analysis of balance of power of thewind power system with

combined electricity supply and water pumping[Elektronny resource]

VV Kozyrsky VV Vasilenko AV Petrenko Scientific reports of

NUBiP Ukraine ndash 2009 ndash 1(13) ndash С15 ndash Access mode to

magazine httpndnauueduua

4 Patent UA 41883 IPC (2009) H02K 3500 Permanent magnet

linear generator VV Grebenikov AV Petrenko Published

10062009 The bulletin 11

5 PatentUA 50161 IPC (2009) G01R 3134 Н02К 41025 The stand

for research of the linear electric machine VA Barabash MV

Bogaenko VV Kaplun VV Kozyrsky AV Petrenko VS Popkov

NUBiP Ukraine Published 25052010 The bulletin 10

145

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L

Kiev National Economic University named by VHetrsquoman (Ukraine)

LaRouche movement (USA) Kiev National Economic University named by V Hetrsquoman(Ukraine)

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory

SUMMARY

So the problem of creating energy budget of each territory is exists And S Podolynsrsquoky proposed a method in which we can easily create energy budget and use this energy without any harm for nature Problem of using or not using alternative sources of energy should be solved by humanity in the way of rightly using alternative sources of energy Thus we should create energy budget of territory and widely use it

INTRODUCTION

Today from our point of view due to some problems of energy such as environmental it is important analyze so-called energy budget of territory Because we do not have well-established scholars over Ukraines energy strategy including appropriate plant operation development of alternative energy sources including prospects to develop agriculture Study of Scientific Heritage S Podolynsrsquoky allows him to consider approaches to improve the concept of our country in particular energy budget of its territory

MATERIALS AND METHODS

At a time when the linear model of aggressive economic growth seen in the coordinates of human - society human - environment we received a number of natural disasters shortage of natural resources and the devaluation of financial unit as a market regulator

146

Scientific achievements S Podolynsrsquoky carried out on the edge of natural and social sciences He was the first who combinated the physical processes with economical methodologically demonstrated need of the synthesis of natural and cost parameters store solar energy in the process of economic activity So today we must apply a macroeconomic approach which would be focused on adequate outcomes of natural systems [1] which consider the components of the system human - society - ecology in reciprocal communication Only in such coordinates can find an optimal solution and for the further development of humanity - to ensure sustainable development (Fig 1)

Fig 1 ndash Model of sustainable development

Difficulty links between different components of this system does not permit today to build such a conceptual model of it that would adequately describe the interaction between its components and the environment Such model should meet the requirements of structural dynamic and information completeness In such cases carry out decomposition of the system understanding under this procedure - the selection and examination of all major subsystems that affect the ultimate goal of the system It is possible on the basis of deductive approachUsing elements of deductive approach the energy budget of any territory can be presented in the scheme (Fig 2)

Sustainabledevelopment

147

Fig 2 ndash Scheme of the ldquoEnergy budget of territoryrdquo

In terms of system analysis of this structure can be classified as

open system where matter and energy are transformated

system is not homogeneous as its structure can be distinguished as the set of subsystems

a system in which signs of the product (quantity quality etc) make it

difficult to determine its value

148

RESULTS AND DISCUSSIONS

A key element of the studied system is energy On the one hand it is one of the basic properties of matter the total measure of all forms of movement on the other - the ability to perform some work or the source of the force which will perform the work Hence the energy in general we understand the ability to develop force At the same time converting and makes energy conservation work this leads to its accumulation at the disposal of mankind The role of energy conservation law in society and the impact of people on the transformation of energy on Earth showed S Podolynsrsquoky [2] He gave an analysis and classification of types and sources of energy available to mankind at that time This - solar energy (radiation photosynthesis wind falling water) energy of Earths rotation (inflows) accumulated on the Earth Solar energy (coal oil) Movement and transformation of matter and energy in the ecosystem is shown in Fig 3

149

Fig 3 ndash Scheme of movement and transformation of matter and energy in ecosystems

Sun continues to offer us a huge amount of non converted energy and its stock is still very large But it does not run that the distribution of energy on the Earths surface would be most beneficial to human life [2 p211] Possibility of the better distribution of the energy - to some extent ndash is in the hands of the person

Quantitative characteristic in this case is ldquoenergy capacityrdquo - the property system to perceive process absorb and transport the external energy and give it away outside the system This property is closely linked to productivity as evidenced by the last unit of measure - the mass or amount of energy that is concentrated in the mass In a mass of different substances are different amounts of concentrated energy Types of energy and their characteristics are presented in Table 1

Table 1 Types of energy and their characteristics

Types of energy

Characteristics

Internal energy Energy system which depends on the internal state of the system (it includes all forms of energy system components)

Mechanical energy

The energy of mechanical motion and interaction of bodies or their parts (energy magnetic field - magnetic energy electromagnetic energy fields - electromagnetic energy energy of moving particles - the kinetic energy energy particles fixed in a gravitational field - potential energy energy of the atomic nucleus - nuclear energy)

Heating energy Level or change the thermal state (heat) system (the body) during the process

Electric energy The energy of interaction and motion of electric charges

Investigating energy S Podolynsrsquoky proceeded from the fact that the amount of energy is a universal value that is unchanged But in some parts of Earth it is distributed unevenly causing widespread tendency to counterbalance it and the gradual dissipation Regarding energy as global figure S Podolynsrsquoky showed persons ability to influence on its movement and accumulation

Natural system receive external energy from the sun which emits gamma spectra of complex rays in a wide range of wavelengths - from 01 to 3000 nm (Table 2)

150

Table 2 Characteristics of the energy Earth receives from the Sun

Spectrum Rays Wavelength nm

The fate of energy

Appointment power

Infrared (invisible) 800 ndash 1100 The existence of purple and green bacterias

Infrared gt 800 49 ndash 84

Light (visible) 380 ndash 800 16 ndash 45

380 ndash 710 Photosynthesis active part of the visible radiation to green plants

Ultraviolet lt 380 4 ndash 5

UV (long-wave) 290 ndash 380 Reach the surface of the Earth

UV(shortwave) Absorbed by the ozone layer of the atmosphere detrimental for everything

250 ndash 300 Rays have a powerful bactericidal effect in small doses are useful

Conservation and energy conversion based on the equation of energy balance Human play the role of the transformer obtained from the Sun to give energy work Structures which was built on Earth have a high price because of work because they spent lots of solar energy Podolynsrsquoky never minimalize role of socially useful work he was more interested in the accumulation of living matter on the planet - or more simply organic matter begotten by the Sun as a precondition for any work and most earthly wealth - absolute capital

Podolynsrsquoky showed that human labor is useful mainly agriculture reducing the scattering of solar energy increases its fate which piled on the Earths surface in the form of transformed energy Also S Podolynsrsquoky made definition for the concept useful work it is all mechanical and mental consumption of human and animal which increasing budget of transformed energy on the earths surface [2 p 281]

It is distinguished two aspects of energy physical and social [3 p 247]

Physical - is to reduce all forms of energy dissipation through the rational use of energy accumulated on the Earth

Social - is to save energy (wealth) between generations In relation to the whole generation it has an integral character

151

Exploring the system in general S Podolynsrsquoky in the work of man and its relation to energy distribution [2 p 281-282] summarizes the components of energy budget areas

The total amount of energy derived Earths surface gradually decreasing but also its accumulation at the disposal of mankind under the influence of increased labor rights and pets

Perfect machine is humanity with all its economy (fields droves machines etc) Productivity increases human consumption of this work on the transformation of higher energies into the higher (production of machines etc)

Use of solar energy as an engine and direct preparation of nutrients from inorganic materials is fundamental to the continuation of the most advantageous energy storage on the Earth

Actions that result in the phenomenon the opposite of work is theft (scattering embezzlement) power of humanity in particular - the war an arbitrary limit of population production of luxury goods and unproductive consumption Instead improvement of human life quantitatively increases the energy budget of each individual

Several types of energy in one area can change one kind to another it should be viewed with exergety position [6] such as

considering the field of environment and their impact on processes of energy conversion

preventing the possibility of an equilibrium system and the environment

In this case the maximum work that can be executed from a given quantity of heat is determined by Carnot

- ambient temperature К

- temperature of the source К

CONCLUSIONS

Thus we can build energy model of our civilization in the form in which it exists in a living reality It should be remembered that the main purpose of humanity should be an absolute increase in energy budget The only limit best possible accumulation of energy on Earth is only the absolute amount of energy from the sun and organic materials that are on earth [4 p 178]

152

REFERENCES

1 GRYNIVL 2009 Development of physical economy new problems

and models Scientific Annals of Kyiv NationalEconomic University

Physicaleconomy researchmethodologyandglobalmissionofUkraine

178-187

2 PODOLYNSrsquoKYS 2000 Works are chosen Кyiv ndash 328 p

3 MAXYMYUKV 2009 Dualism is in a physical economy Scientific

Annals of Kyiv NationalEconomic University Physicaleconomy

researchmethodologyandglobalmissionofUkraine 244-253

4 PODOLYNSrsquoKYS 1990 Works are chosen Montreal ndash 208 p

5 RUDENKOM 2005 Energy of progress Essays are from a physical

economy Тernopilrsquo ndash 412 p

6 DOLINSKI A BRODYANSKI V 1991 Exergyty calculations of the

technical systems Certificate manual Кyiv ndash 360 p

153

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov (Slovak Republic)

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting

INTRODUCTION

Milling is the basic machining process where the surface is created in a progressive removal of material It is operation with interrupted cut where tool performs a rotational movement and workpiece performs a sliding movement Rotational movement of the cutting edge removes material of varying thickness At each turn teeth tool enter and leave from the workpiece [6] each tooth removes a certain amount of material

We know the climb and conventional milling where is a different direction of movement of the cutting velocity vector [3] respectively there is a different direction of feed of the workpiece in the direction of rotation of the milling cutter in the cutting area More attention in this paper will be devoted to climb milling The climb milling is when the direction of feed of the workpiece in the cutting area is consistent with the direction of rotation of the milling cutter (Fig 1) Chip thickness is the greatest at the beginning of machining and toward the end it drops to zero Cutting edge enters the workpiece suddenly and it starts working great thickness of chip This leads to shock loads of cutting edge but there is not sliding effect as in conventional milling There is also developed less heat and the minimum is also proneness to hardening of the workpiece material for cold Great chip thickness is showed positively and the chips sometimes weld on or stick to the cutting edge during machining and it remains so until such work blade [2]

Fig 1 Scheme of climb milling [1]

154

Climb milling is preferred in practise if it allows machine clamping and workpiece [2] The main advantages are efficient cutting longer tool life better quality finishing of surfaces particularly with stainless steel aluminium or titanium alloys However there is a risk of damaging the tool because there is shock load of cutting edge

Chip formation in milling has special significance Correct determination of the value of chip thickness leads to the achievement of good performance of machining and durability of cutting edge tool [2] The monitoring of the chips obtained in milling can provide important information Chip in milling has helical shape and length of chip is limited to a length of the arc cut in the material The final shape of the chip can be controlled by control of cutting conditions for milling operations For example [6]

Chip width depends on the depth of cut and the longest chip is achieved at milling grooves

The length of chip depends on the cut width and tool diameter ndash larger tool diameter means longer chip

Chip thickness is proportional to the feed per tooth with a cut width

Chips obtained in the milling should be regular and they should have the same color

If cooling is used in milling there should not be observed thermal effects on chip

It is important that the chip does not remain in the cut area If there are chips irregular or needle-like or there are different colored chips it means that the cutting conditions are not appropriately chosen or cooling is not efficient or there are vibrations or the tool cutting edge is worn [6]

The mean chip thickness

While micro viewing at the milling encounter with ldquothe minimum chip thicknessrdquo ie depth of cut and feed are very small (in terms of cutting edge radius or smaller) and no chip is formed [5] so in macro viewing at the milling encounter with ldquothe mean chip thicknessrdquo Maximum chip thickness hmax should be examined together with the setting angle of the main cutting edge in order to ensure satisfactory coverage tool and to avoid overloading the cutting edge Chip thickness in milling is a variable [4] and provides very complicated For this reason in many views it is more advantageous to work with medium chip thickness hm (Fig 2) [2]

Fig 2 Chip thickness in milling [2]

155

In plane milling with side and face milling cutter is the mean chip thickness calculated using a relatively simple formula (1) [6] According to the machining method formula includes the values feed per tooth cutting depth and width of cut The determining factor is also the diameter of milling cutter it affects the contact angle φ cutting edge milling cutter with workpiece Chip thickness also affects the setting angle of the main cutting edge [2]

(1)

where fz feed per tooth [mm] ae radial depth of cut [mm]

D diameter of milling cutter [mm]

hm the mean chip thickness [mm]

Machinability according to shape of chip [3]

Current approaches for assessing of materials machinability are different and have significant benefits In a general sense machinability should be understood as a qualitative condition of the material in the way of his character falls to affect the cutting tool According to machinability is considered the appropriateness of material for the chosen mode production in theprescribedapplication ofqualitativeandeconomic requirements In practical view the distinction relative machinability is related to the base ndash a reference material In order to machinability knowledge of practical use the materials should be formally included in the classes and groups according to proportional machinability to the reference material

Machinability degree the material is the ratio of the cost of producing the same part of the reference material on the same cutting conditions using the same production equipments the same tools and under the same requirements for quality and precision of machined surfaces

Material has better machinability what it is

higher cutting speed in the tool life

less loading the tool cutting forces

achieved less value Rz or Ra and higher precision machined surfaces

more crumbled chips (smaller volume coefficient of the chips w)

lower temperature of the cutting These criterions are often in contradiction Therefore in the fixed conditions is preferred that which is important in view of machining result For example in roughing it is important kinetic and dynamic machinability in finishing it is micro geometric machinability

156

Machinability of materials according to shape of chip is used in the assessment of tough materials where chip is important for the course of technological process The shape of chip can be evaluated for example radius of curvature rt or volume coefficient of the chips w [2]

(2)

where Ktt machinability according to shape of chip

rte radius of chip curvature reference material [mm]

rt1 radius of chip curvature examined material [mm]

we volume of chips obtained during the machining of reference material [mm3]

w1 volume of chips obtained during the machining of examined material [mm3]

Concurrently used tool geometry and cutting conditions affect for both the criterion

CONDITIONS FOR OBSERVATION OF CHIP FORMATION

Milling was realized on a vertical milling machine Avia (FOP) with short slot milling cutter Monolith cutter was used to smooth cylindrical shank with diameter 6 mm with two teeth made of HSS Co8 without coating (Fig 3) The cutting material is a high performance steel with good toughness and excellent thermal resistance Particularly suitable for machining high strength materials austenitic steels steels for hot forming etc

Fig 3 Milling cutter

Helix angle λ was 25deg and rake angle γ was 12deg the magnitude of the helix angle from 25deg to 35degis a basic choice for roughing and finishing of all materials The advantage is versatility with a good balance of cutting forces and the disadvantage is that this is not always productive [5]

At one milling cutter was applied coating AlTiN (monolayer) with thickness 1-3 μm with anthracite colouring Thermal resistance of this coating is 800 degC the friction coefficient against steel in dry conditions is 07 and the key properties of this coating are its high hardness and excellent oxidation resistance

Chip formation was observed on three different materials For carbon steel EN C45 with a carbon content C = 042 to 050 often used as reference

157

material Other materials were manganese-chrome steel EN 16MnCr5 with a carbon content C = 014 ndash 019 and chromium ndash nickel steel EN X5CrNi18-10 with a carbon content C = 0029 Depth of cut ap was 1 mm and feed per tooth was 0022 mm as shown in the scheme of machining (Fig 4)

Fig 4 Diagram of machining

RESULTS

From the milling of materials different speeds were selected representative sample of chips from each group (Tab 1) It is possible to suppose that the length of chip is the same because length of chip depends on the width of cut and tool diameter in milling and the present experiment different materials were machined with the same tool geometry and made from the same material Therefore attention will be given chip thickness and its radius of curvature ie shape of chip

158

Tab 1 Frames of chips at 50 times magnification

Material n1 = 224 otmin-1

vc1 = 4 mmin-1

n2 = 450 otmin-1

vc2 = 8 mmin-1

n3 = 900 otmin-1

vc3 = 16 mmin-1

EN C45

EN 16MnCr5

EN X5CrNi18

-10

As already mentioned above milling is a typical method of machining where there is a change in cross ndash chip during machining ie the chip thickness is not constant throughout a whole mesh The maximum chip thickness is equal to the feed per tooth hmax = fz = 0022 mm It is preferable to work the mean chip thickness hm equal to 00087 mm according to the formula (1) see Fig 4

On the basis of formula (2) ie by comparing the radius of chip curvature at different materials under the same conditions of machining it is possible to assess the machinability The spiral chip can be evaluated radius of chip curvature according to formula (3)

159

(3)

Before substituting into the formula it is important to choose a reference material which would show optimum machinability according to the radius of chip curvature It would then be possible to sort materials into groups machinability by virtue of the reference material In this case there will be compared machinability of three materials using formula (2) where as reference material was selected carbon steel EN C45

By comparing each radius of chip curvature at cutting speed of 4 mmin-1 that is almost equal Substituting into formula (2)

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

As is evident from the calculations machinability according to shape of chip at cutting speed 4 mmin-1 is almost the same and equal to one This means that machinability of both materials is good at the speed 4 mmin-1 if chosen reference material real corresponds with optimal machinability according to shape of chip If machinability according to shape of chip Ktt is closer to the one then machinability is better at the conditions of machining In examining materials machinability according to shape of chip at cutting speed of 8 mmin-1 there are observed differences in the radius of chip curvature

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

From these calculations i tis possible to conclude that material EN 16MnCr5 has better machinability than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed 8 mmin-1 because 0839 is closer to one whole Machinability according to shape of chip was solved by analogy at cutting speed of 16 mmin-1 but the first there was designated the mean radius of chip because of spiral character creating chips For material EN 16MnCr5 is Ktt = 116 and for material EN X5CrNi18-10 is Ktt = 066 So material EN 16MnCr5 has better machinability according to shape of chip than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed of 16 mmin-1 as well

This argument can also be compared on the basis of material content of chemical elements which also affect the machinability of the material Chemical elements in these materials which the most affect machinability is shown in Table 2 (Tab 2)

160

Tab 2 Chemical elements affecting the machinability of materials

Material C Mn P Cr

EN C45 042 ndash 050 050 ndash 080 004 max 025

EN 16MnCr5 014 ndash 019 110 ndash 140 0035 080 ndash 110

EN X5CrNi18-10

0029 187 003 1826

Hardness of the steel increases with carbon content similar machinability decreases if carbon content increases The impact of individual elements in steel on its relative machinability [3]

C ndash Increasing the carbon content leads to deterioration by the dynamic and kinetic machinability (increases strength and hardness of steel) In finishing where it depends on the quality of machined surfaces higher carbon content improves micro geometry machinability

Mn ndash The effect manganese is bound to carbon content With the increase of manganese content is aggravated by the kinetic and dynamic machinability However with the increase manganese content micro geometry machinability improves

P ndash Phosphorus reduces the plasticity of steel already at content an 01 significantly improves the machinability and supports breaking chips

Cr ndash With more content increases the strength and toughness of steel it deals to deterioration by the dynamic and kinetic machinability but it improves micro geometry machinability

CONCLUSION

Milling is one of the basic methods of machining where material is removed interrupted cut A characteristic feature of this operation is that the removed material does not have a constant section ie the observed chip thickness is variable value That is why the mean chip thickness hm was determined From groups of chips which were obtained in milling at given cutting speed were chosen representative samples There was noted the radius of chip curvature under 50 times magnification However it has to be taken into account the inaccuracy of this method because the chip thickness is not constant and there is some distortion The selection the reference material was assumed that material EN C45 has optimal machinability and was chosen as the reference material All three materials have good machinability according to shape of chip at cutting speed of 4 mmin-1 When increasing the cutting speed there was observed the first changes and material EN 16MnCr5 has better machinability than material

161

EN X5CrNi18-10 Machinability according to shape of chip was also confirmed by machinability according to content of chemical elements in the material According to the carbon content could be said that the material EN 16MnCr5 has the best machinability but the chromium content makes the material tougher and so makes its kinetic and dynamic machinability worse Since corrosion resistant steel EN X5CrNi18-10 has the largest chromium content ie is tough and therefore has worse kinetic and dynamic machinability than previous materials If the goal was to get a good surface quality would be material EN X5CrNi18-10 in the first place thanks to the highest manganese content Machining was recorded using high speed camera Phantom For the records it was observed twisting of chip and their removal from the cutting zone Chips were twisted into certain radius but in machining stainless steel higher cutting speeds were the highest recorded value of the radius of chip curvature Observation of chip formation is more extended in turning than in milling However it is important to follow the features of various technological operations because each is different and brings a deeper understanding of relations of technological processes

REFERENCES

1 DeGarmo E P et al Materials and Processes in Manufacturing John Wiley amp Sons Inc New York 2003 ISBN 0-471-65653-4 s 1154

2 Sandvik Coromant Přiacuteručka obraacuteběniacute Scienta Praha 1977 ISBN 91-97-22-99-4-6 s 457

3 Vasilko K Teoacuteria a prax trieskoveacuteho obraacutebania Cofin Prešov 2009 ISBN 978-80-553-0152-5 s 530

4 KUŠNEROVAacute Milena et al Derivation and measurement of the velocity parameters of hydrodynamics oscillating system In Strojarstvo Journal for theory and application in mechanical engineering vol 50 no 6 (2008)p 375-379 ISSN 0562-1887

5 Ducobu F Filippi E Rivieacutere-Lorpheacutevre E Chip Formation and Minimum Chip Thickness in Micro-milling [cit 23122010] Dostupneacute na internete

lthttpwwwgeniemecafpmsacbeRechercheArticlesducob2009apdfgt

6 HSS Smart Guide 05 Milling [cit 1432010] Dostupneacute na internete lthttpwwwhssforumcomSmartGuideENhtmgt

The paper was created with the support of the Ministry of Education Science Research and Sport of the Slovak Republic through grant VEGA 1088510 and in cooperation with the Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering

162

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim

SUMMARY

Polish membership into the European Union has given great opportunities to use various forms of support and created new conditions for agricultural development Although the introduction of an attractive payment system under the agri-environmental program was implemented organic farms are still at margin We have seen almost double the number of organic farms (from 9187 to 17138 farms) between 2006 and 2009 but still they constitute a small proportion of the total number of farms overall

The aim of this study was to analyze the development of organic farms in the years 2006 - 2009 in Masovia using as an example of an organic farm in Jankowice and available literature Conducted a case study of an organic farm located in the province and then used the results as the basis for the SWOT analysis It was found that the development of organic farms are restricted by a lack of organization of the market for organic products in particular the lack of proper distribution systems advertising and promotion Organic farms seem to function mostly due to the subsidies received from the government than from the sales of organic products themselves

WSTĘP

Postępujące skażenie środowiska i żywności stanowi realne zagrożenie we wspoacutełczesnym świecie Za to skażenie odpowiedzialny jest nie tylko przemysł ale roacutewnież rolnictwo gdzie korzysta się z nawozoacutew sztucznych i toksycznych środkoacutew ochrony roślin W celu poprawy tej sytuacji dąży się do redukcji szkodliwych środkoacutew chemicznych i przejścia na organiczne metody uprawy

W wysoko rozwiniętych krajach rolnictwo tradycyjne przez masowe stosowanie przemysłowych środkoacutew produkcji (środki ochrony roślin nawozy mineralne itp) oraz postęp biologiczny (wydajne rasy zwierząt i wysoko plonujące odmiany roślin) osiągnęło wielki postęp produkcyjny co doprowadziło do szeregu ujemnych konsekwencji

następstwem nadprodukcji artykułoacutew żywnościowych jest spadek ich cen (poza ostatnim okresem wynikającym z następstw pogodowych i spekulacyjnych) i opłacalności produkcji

163

spadek zaufania konsumentoacutew do jakości żywności produkowanej intensywnymi metodami wynika z zagrożeń związanych ze skażeniem produktoacutew dioksynami czy BSE (zwaną potocznie bdquochorobą szalonych kroacutewrdquo)

postępująca degradacja środowiska wynikająca z nasilenia się niekorzystnego wpływu rolnictwa na środowisko naturalne (takiego jak spadek żyzności gleby zanieczyszczenie woacuted powierzchniowych i gruntowych)

W Polsce aby nie dopuścić tego rodzaju zjawisk społecznych i przyrodniczych zaistniała pilna potrzeba zmiany polityki rozwoju rolnictwa i obszaroacutew wiejskich Członkostwo Polski w Unii Europejskiej dało duże możliwości korzystania z roacuteżnych form wsparcia oraz stworzyło nowe warunki dla rozwoju rolnictwa Komisja Europejska zaproponowała strategiczne podejście ktoacutere znalazło swoje odbicie w Programie Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich (PROW) PROW jest dokumentem ktoacutery określa zakres i rodzaj wsparcia obszaroacutew wiejskich w Polsce Z uwagi na dobry stan środowiska przyrodniczego oraz znaczną roacuteżnorodność biologiczną Polski wprowadzono stosowne instrumenty wsparcia i motywacji dla producentoacutew rolnych ktoacutere sprzyjają utrzymaniu i poprawie stanu środowiska przyrodniczego W ramach Planu Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich producent rolny ktoacutery prowadzi gospodarstwo metodami ekologicznymi może otrzymać dotację do hektara upraw ekologicznych na podstawie wniosku o przyznanie płatności z tytułu wspierania przedsięwzięć rolno środowiskowych i poprawy dobrostanu zwierząt (w ramach pakietu Rolnictwoekologiczne) Rolnik ktoacutery posiada certyfikat bądź rolnik ktoacutery dopiero rozpoczął produkcję ekologiczną może ubiegać się o dofinansowanie

Jednakże Polska wciąż nie jest w czołoacutewce krajoacutew członkowskich UniiEuropejskiej a produkty rolnictwa ekologicznego wciąż stanowią margines ogoacutelnej produkcji rolnej Według stanu na dzień 31 grudnia 2009 roku w Polsce gospodarstwa o profilu ekologicznym prowadziło 17 091 rolnikoacutew co stanowiło zaledwie około 1 ogoacutelnej liczby gospodarstw rolnych

MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ

Badaniem objęto gospodarstwo ekologiczne w Jankowicach w powiecie radomskim w wojewoacutedztwie mazowieckim W przeprowadzonym badaniu posłużono się metodą studium przypadku (case study) przy użyciu kwestionariusza wywiadu ktoacutery stanowił podstawowe źroacutedło informacji do opisu i analizy gospodarstwa Jest to metoda oparta na szczegoacutełowym opisaniu określonego przypadku ktoacuterego analiza kończy diagnozę wnioskiem Studium przypadku pozwala spojrzeć na problemy w obszerniejszym kontekście i tworzyć alternatywne rozwiązania jednak nie może stanowić podstawy do uogoacutelnień

164

W celu uzupełnienia tej metody badawczej zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron organizacji oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu Nazwa SWOT jest akronimem angielskich słoacutew Strengths (mocne strony przedsiębiorstwa) Weaknesses (słabe strony przedsiębiorstwa) Opportunities (szanse w otoczeniu) Threats (zagrożenia w otoczeniu) Celem analizy jest pokazanie istniejących w przedsiębiorstwie możliwości produkcyjnych i szczegoacutełowe określenie perspektyw organizacyjnych Program działania ustala się na podstawie jego silnych stron (atutoacutew) natomiast eliminację pomyłek w przyszłości wyznacza się z analizy słabości

Analizę opracowano na podstawie dostępnej literatury bdquoMetoda analizy SWOT jako narzędzie analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesurdquo autorstwa R Baum i W Wielicki

Analizę mocnych i słabych stron gospodarstwa przeprowadzono oceniając czynniki elementarne w pięciu obszarach krytycznych takich jak pozycja rynkowa organizacja i zarządzanie zasoby finanse sytuacja prawna W obszarze bdquopozycja rynkowardquo rozpatrywano dwa subobszary pozycję konkurencyjną na rynku wojewoacutedztwa oraz stopień rozwoju w produkcji Oceniając pierwszy subobszar brano pod uwagę możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji oraz dystrybucję Na ocenę stopnia rozwoju w produkcji złożyły się stopa rozwoju w ostatnich latach potencjał oraz liczba konkurentoacutew

W obszarze bdquostan organizacji i zarządzaniardquo poddano ocenie trzy czynniki elementarne tj struktura organizacyjna rozlokowanie przestrzenne majątku i napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń) Obszar bdquozasobyrdquo był najbardziej złożony z ocenianych Składał się z pięciu subobszaroacutew zasoby ludzkie zasoby technologiczne zasoby rzeczowe zasoby finansowe i zasoby niematerialne Kwantyfikacji zasoboacutew ludzkich dokonano wartościując kwalifikacje kadry kierowniczej Do oceny zasoboacutew technologicznych brano pod uwagę wdrażanie nowych technik i technologii produkcji szanse unowocześnienia i zmian w technologiach oraz stosowanie płodozmianu

W zasobach materialnych przeprowadzono analizę czterech subobszaroacutew tj budynkoacutew i maszyn zapasoacutew ziemi i inwentarza żywego Zasoby finansowe gospodarstwa analizowano w kontekście dostępu do źroacutedeł finansowania i proporcji środkoacutew własnych w tym finansowaniu w stosunku do środkoacutew z zewnątrz Kryteriami branymi pod uwagę w subobszarze zasoby niematerialne były reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie marka znak firmowy oraz nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe Analizując sytuację finansową oceniano rentowność i zadłużenie Ostatnim obszarem branym pod uwagę w analizowaniu mocnych i słabych stron przedsiębiorstw rolnych była ich sytuacja prawna czyli stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

165

roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych oraz wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

W analizie czynnikoacutew otoczenia mających wpływ na efektywność gospodarowania rozpatrywano obszary dotyczące sytuacji makroekonomicznej rynkowej konkurencyjnej zaopatrzeniowej technologicznej geograficznej i społecznej Na stan sytuacji makroekonomicznej składają się następujące czynniki stan gospodarki i prognozy jej rozwoju poziom inflacji i oprocentowanie bankowe kredytoacutew W ocenie sytuacji rynkowej brano pod uwagę sieć sprzedaży Kategorie czynnikoacutew związanych z konkurencją rozpatrzono z dwoacutech punktoacutew widzenia liczbę konkurentoacutew oraz stopień ekspansji konkurencji na rynku Analizując stan zaopatrzenia oceniano warunki zaopatrywania się w środki produkcji oraz ceny usług i źroacutedeł energii W ocenie obszaru bdquopostęp technologicznyrdquo wyszczegoacutelniono dwa czynniki stosowane metody produkcji i stosowany sprzęt techniczny W grupie czynnikoacutew składających się na sytuację geograficzną otoczenia brano pod uwagę zmiany klimatyczne oraz umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew

W obszarze sytuacja społeczna oceniano głoacutewnie preferencje konsumenckie

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Wyniki wywiadu ktoacutere uzyskano na podstawie kwestionariusza w metodzie studium przypadku przedstawiono wraz z wynikami potrzebnymi do opisu i analizy gospodarstwa w tabeli 1

Tabela 1 Studium przypadku ndash działalność gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

POZYCJA RYNKOWA

Pozycja konkurencyjna na rynku wojewoacutedztwa

Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji Niewielkie

Dystrybucja (powiązania na rynku stali kontrahenci sprawność kanałoacutew dystrybucji)

brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru sprzedaż głoacutewnie na targowiskach

Stopień rozwoju w produkcji

Stopa rozwoju w ostatnich latach (wzrost areału pogłowia itp)

w ciągu ostatnich 5 lat powiększenie areału o 8 ha zwiększenie pogłowia drobiu do około 1000 sztuk

Potencjał (możliwości zwiększenia produkcji)

Niewielki

Liczba konkurentoacutew w najbliższej okolicy liczbę konkurentoacutew szacuje się na 4 gospodarstwa ekologiczne

166

STAN ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

Struktura organizacyjna gospodarstwo prowadzone jest przez małżeństwo niezatrudniające innych pracownikoacutew

Rozlokowanie przestrzenne majątku Dobre

Napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń)

częste występowanie spiętrzeń w cyklu technologicznym

ZASOBY

Zasoby ludzkie

Kwalifikacje pracownikoacutew gospodarze posiadają wykształcenie zawodowe rolnicze oraz ponad 10ndashletnią praktykę zawodową

Zasoby technologiczne

Wdrażanie nowych technik i technologii produkcji

nabycie ciągnika pługa wahadłowego i wozu asenizacyjnego

Szanse unowocześnienia i zmian w technologiach

Niewielkie

Stosowanie płodozmianu w gospodarstwie praktykuje się duży stopień płodozmianu

Zasoby materialne

Budynki i maszyny

stan techniczny budynkoacutew i maszyn uznać należy jako dobry natomiast stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb jako wysoki

Zapasy wielkość zapasoacutew jest utrzymywana na średnim poziomie warunki składowania są dobre

Ziemia gospodarstwo znajduje się na terenie nizinnym ukształtowanie rozłogu jest korzystne jakość gleb średnia

Inwentarz żywy

stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych jest bardzo dobry wydajność produkcyjna zwierząt oraz ich kondycja została oceniona jako dobra

Zasoby finansowe

Dostęp do źroacutedeł finansowania gospodarstwo korzysta z dopłat z UE w ramach programu rolno środowiskowego

Proporcje finansowania gospodarstwa majątek finansowany jest w przeważającej części przez obce źroacutedła finansowania

Zasoby niematerialne

Reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie

Średnia

Marka znak firmowy nie posiada

Nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe i podobne wartości

posiada certyfikat uprawniający do sprzedaży żywności ekologicznej

167

SYTUACJA FINANSOWA

Rentowność uzyskuje średni wynik rentowności

Zadłużenie

występuje zadłużenie spowodowane wysokim kredytem preferencyjnym spłaty zobowiązań kredytowych pokrywane są na bieżąco

SYTUACJA PRAWNA

Stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

własność prywatna obciążona hipoteką

Roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych nie występują

Wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

nie występuje

SYTUACJA MAKROEKONOMICZNA

Stan gospodarki i prognozy jej rozwoju umiarkowanie korzystne

Poziom inflacji w Polsce inflacja w grudniu 2010 r wyniosła 31

Oprocentowanie bankowe kredytoacutew rolnicy mogą zaciągać kredyty na zakup ziemi oprocentowane na 2 w skali roku

SYTUACJA RYNKOWA

Sieć sprzedaży nie ma jeszcze wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej rynek zbytu formuje się bardzo powoli

SYTUACJA KONKURENCYJNA

Liczba konkurentoacutew w 2009 r w Polsce gospodarstwa ekologiczne prowadziło 17091 rolnikoacutew w wojewoacutedztwie mazowieckim 1673

Stopień ekspansji konkurencji na rynku

w 2009 r gospodarstw ekologicznych było o 15 więcej niż rok wcześniej w 2008 r było ich o 255 więcej niż w 2007 r w 2007 r w odniesieniu do 2006 liczba ta wzrosła o 29

STAN ZAOPATRZENIA

Warunki zaopatrywania się w środki produkcji

Korzystne

Ceny usług i źroacutedeł energii niekorzystne relacje cen pomiędzy środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

168

POSTĘP TECHNOLOGICZNY

Stosowane metody produkcji umiarkowanie korzystne

Stosowany sprzęt techniczny

umiarkowanie korzystne (sukcesywnie do poprawy sytuacji finansowej nabywany jest jakościowo lepszy sprzęt techniczny)

SYTUACJA GEOGRAFICZNA

Zmiany klimatyczne występujące coraz częściej susze ulewy nadmierne opady śniegu

Umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew Korzystne

SYTUACJA SPOŁECZNA

Preferencje konsumenckie rosnący popyt na żywność ekologiczną

W celu uzupełnienia metody studium przypadku zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron gospodarstwa oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu (tab 2)

Tabela 2 Analiza SWOT gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

MOCNE STRONY SŁABE STRONY

CZ

YN

NIK

I W

EW

TR

ZN

E

- wzrost areału w ostatnich latach - korzystne rozlokowanie przestrzenne majątku - ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy - wdrażanie nowych technik i technologii produkcji - stosowanie płodozmianu - dobry stan budynkoacutew gospodarczych - wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb - niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego - dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania - korzystne ukształtowanie rozłogu - bardzo dobry stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych - dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie - dostęp do źroacutedeł finansowania

- brak możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji - brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru - niewielkie możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług - stale zwiększająca się liczba konkurentoacutew - częste występowanie napięć (czy spiętrzeń) w cyklu technologicznym - bardzo duże obciążenia kredytowe - brak własnej marki i znaku firmowego - niewielka renoma na rynku

169

SZANSE ZAGROŻENIA

CZ

YN

NIK

I Z

EW

TR

ZN

E

- stan gospodarki i prognozy jej rozwoju - wsparcie rozwoju gospodarstw ekologicznych przez instrumenty finansowe - niskie oprocentowanie bankowe kredytoacutew - postawy konsumentoacutew zdrowej żywności - warunki zaopatrywania się w środki produkcji - rosnący popyt na żywność ekologiczną-pojawienie się nowych grup klientoacutew - wymiana doświadczeń

- wzrastająca inflacja - słabo zorganizowany rynek dystrybucji produktoacutew ekologicznych - stopień ekspansji konkurencji na rynku - wzrost cen środkoacutew produkcji usług i źroacutedeł energii - postępujące zużycie sprzętu technicznego - niekorzystne zmiany klimatyczne - dominacja na rynku produktoacutew spożywczych taniej żywności o niskiej jakości

Rolnictwo ekologiczne to najbardziej przyjazny przyrodzie sposoacuteb produkcji rolniczej ktoacutery wpływa na zwiększenie żyzności gleby i zachowanie roacuteżnorodności biologicznej i krajobrazowej Nie przeciąża środowiska bardziej niż naturalne ekosystemy oraz wpływa na rozwoacutej wsi w aspekcie kategorii społecznych jak i kulturowych Wyeliminowanie chemii rolnej oraz spożywczej wiąże się z osiągnięciem wysokich wartości biologicznych i zdrowotnych produktoacutew Rolnictwo ekologiczne jest najbardziej wydajnym gospodarowaniem uwzględniając nie tylko koszty produkcji w gospodarstwie ale roacutewnież koszty przyrodnicze i społeczne Inspiruje także do wdrażania efektywniejszej organizacji pracy oraz motywuje i aktywizuje mieszkańcoacutew wsi Rolnictwo ekologiczne to najbardziej optymalna forma gospodarowania Wymaga jednak zaangażowania i wiąże się z ciągłym pogłębianiem wiedzy Celem rolnictwa ekologicznego jest zachowanie roacutewnowagi między zasobami ekologii a wymogami ekonomii

Niejeden producent rolny ktoacutery prowadzi nieintensywną produkcję rolną może rozważyć przejście na ekologiczne metody gospodarowania Korzystne warunki przyrodnicze i społeczne oraz wsparcie finansowe w ramach programoacutew rolnośrodowiskowych są czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rolnictwa ekologicznego w Polsce Unia Europejska oferuje dopłaty dla rolnikoacutew ktoacuterzy zdecydowali się gospodarować ekologicznie w wysokości od 260 zł na hektar rocznie (trwałe użytki zielone) do 1800 zł (uprawy sadownicze i jagodowe) Niskie oprocentowanie kredytoacutew preferencyjnych daje możliwość nabycia maszyn dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować zatrudnienie

Inflacja należy do najbardziej groźnych czynnikoacutew elementarnych o charakterze politycznym i ogoacutelnoekonomicznym mających nadal

170

niekorzystny wpływ na efektywność gospodarowania dlatego stanowi zagrożenie dla funkcjonowania gospodarstwa

Niekorzystnie przedstawia się brak systemu właściwej dystrybucji Nie ma obecnie zbyt wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Rynek zbytu formuje się bardzo powoli dlatego przedsiębiorcy ostrożnie przymierzają się do prowadzenia firm w tej branży

Istotnym zagrożeniem dla funkcjonowania gospodarstwa ekologicznego są zmiany klimatyczne to jest susze ulewy czy nadmierne opady śniegu ktoacutere mają bezpośredni wpływ na produkcję roślinną

Analizowane gospodarstwo ekologiczne znajduje się w miejscowości Jankowice w wojewoacutedztwie mazowieckim Gospodarstwo cechuje ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy wdrażanie nowych technik i technologii produkcji stosowanie płodozmianu dobry stan budynkoacutew gospodarczych wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania korzystne ukształtowanie rozłogu oraz dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie Stopa rozwoju jest stabilna o czym może świadczyć wzrost areału i pogłowia w ostatnich latach

Słabą stroną gospodarstwa jest brak firm w okolicy zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji jak roacutewnież możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług są niewielkie Słabą stroną gospodarstwa są roacutewnież bardzo duże obciążenia inwestycyjne oraz brak własnej marki i znaku firmowego

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce zależy od wielu czynnikoacutew Niewielki poziom zużycia pestycydoacutew i nawozoacutew mineralnych w poroacutewnaniu ze stanem w krajach wysoko rozwiniętych Unii Europejskiej wiąże się z ekstensywnym charakterem produkcji rolniczej Po przestawieniu gospodarstwa na metody ekologiczne plony nie maleją w tak wysokim stopniu jak w przypadku gospodarstwa produkującego intensywnie Często zdarza się roacutewnież iż rolnicy po przejściu z ekstensywnych metod produkcji na ekologiczne uzyskują lepsze plony W krajach zachodnich można zaobserwować większe zainteresowanie produktami ekologicznymi co w konsekwencji stwarza możliwość eksportu takich produktoacutew Na dalszy rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce ma wpływ właściwe i powszechne zaangażowanie w szczegoacutelności władz i samorządoacutew rolniczych oraz lokalnych ośrodkoacutew doradztwa rolniczego ktoacutere miałyby odzwierciedlenie w szkoleniu rolnikoacutew podejmujących się przejścia na taki rodzaj gospodarowania oraz większe zaangażowanie placoacutewek naukowo ndash badawczych jak i wyższych uczelni rolniczych w badaniach na rzecz rolnictwa ekologicznego Jednak największą szansą dla rozwoju gospodarstw ekologicznych w Polsce jest rosnące zainteresowanie konsumentoacutew żywnością wysokiej jakości wynikające z

171

troski o zdrowie i obawami związanymi z chorobami spowodowanymi skażoną żywnością

WNIOSKI

1 Odchwaszczanie metodą mechaniczną jest uciążliwe a uprawa roślin

bez nawozoacutew sztucznych i chemicznych środkoacutew ochrony roślin jest

droższa

2 Mimo atrakcyjnego systemu dopłat uprawy ekologiczne nadal są

nieopłacalne między innymi z powodu braku właściwego systemu

dystrybucji Rynek zbytu tworzy się bardzo wolno dlatego

przedsiębiorcy ostrożnie decydują się na prowadzenie firm w tej

branży

3 Rozwoacutej rolnictwa ekologicznego jest ograniczony brakiem organizacji

rynku produktoacutew ekologicznych oraz brakiem ich reklamy i promocji

Nie ma roacutewnież ogoacutelnodostępnych informacji o rolnikach

ekologicznych co wynika z ochrony danych osobowych co bardzo

utrudnia dostęp handlowcom i konsumentom do produktoacutew

ekologicznych

4 Ograniczenie stanowi skala produkcji Gospodarstwa ekologiczne są

niewielkie i w konsekwencji nie są w stanie dostarczać tak dużych

partii produktoacutew jakich oczekują odbiorcy

5 Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych zależy od zainteresowania

konsumentoacutew zdrową żywnością oraz gotowością producentoacutew do

spełnienia ich oczekiwań Żywność bez konserwantoacutew i agrochemii

a w szczegoacutelności niemodyfikowana genetycznie to produkt bardzo

pożądany zwłaszcza przez zamożniejszych konsumentoacutew jednak

wciąż dominuje na rynku tania żywność o niskiej jakości

6 Rosnące zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości to realna

szansa na zwiększenie dochodoacutew gospodarstwa a pracochłonne

i długotrwałe metody produkcji powodują tworzenie nowych miejsc

pracy

7 Prowadzenie gospodarstwa ekologicznego daje możliwość eksportu

produktoacutew ekologicznych na rynek Unii Europejskiej

8 Wciąż rosnąca liczba gospodarstw ekologicznych wpływa na

powstawanie firm ktoacutere zajmują się obrotem produktoacutew ekologicznych

oraz punktoacutew ich sprzedaży

172

9 Niskoprocentowe kredyty preferencyjne umożliwiły nabywanie maszyn

dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze

wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć

dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować

zatrudnienie

10 Powstawanie nowych firm oferujących roacuteżnego rodzaju środki

produkcji wpływa na znaczne ułatwienia w ich nabywaniu Jednakże

wzrost konkurencji pomiędzy firmami z otoczenia rolnictwa nie

odzwierciedla się w proponowanych cenach na środki produkcji

i usługi Stale powiększa się niekorzystna relacja cen pomiędzy

środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

11 Przedsiębiorstwa aby przetrwać i utrzymać się na rynku muszą

przewidywać i trafnie oceniać swoją sytuację tj zdolność do

efektywnego działania i zdolność do rozwoju w zmieniającym się

otoczeniu Warunkiem odniesienia sukcesu przez gospodarujących

jest podejmowanie decyzji pozwalających dostosować działalność do

sytuacji rynkowej W tym celu niezbędne staje się określenie atutoacutew

i słabości gospodarstw oraz identyfikacja okazji i pułapek ktoacutere tkwią

w otoczeniu

LITERATURA

1 Baum R Wielicki W 2004 Metoda analizy SWOT jako narzędzie

analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesu Wyd Akademii

Rolniczej im Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Poznań

2 httpminrolgovpl

Development of organic farms in 2006 ndash 2009 in Masovia

173

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin

Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey) Federal Research Centre for Cultivated Plants Julius Kuehn Institute Application Techniques Division Messeweg (Germany) Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey)

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel

ABSTRACT

In spite of harmfull effects of pesticides on environment and its inhabitants pesticides should be used To minimize the negative effects of the pesticides the spraying should be done not only on the right time and with enough amount of right pesticide but also with the appropriate equipmentIn Aegean Region (Turkey) there are about 500000 ha vineyards Vineyard farmers generally apply pesticides in high application rate with high frequency (sometimes 20-25 times a year) But there are no drift preventing systems on the generally air-assisted sprayers which are used there The constructive enhancement on the currently used machines will be expensive and time consuming But it is known that the cheapest and easiest thing that can be applied on the machine to reduce spray drift is to choose a suitable nozzleIn this study trials were made in the wind tunnel located in the Institute for Application Techniques in Crop Protection Julius Kuumlhn Institute (Formerly BBA) Braunschweig Germany In the trials Teejet Air Induction (AI) Air Induction XR (AIXR) Extended Range Flat Fan (XR) and domestic manufactured Hollow Cone Nozzles were used And for reference nozzle Lurmark conventional 110o flat fan nozzle was used This study is made for determining the nozzle which will cause the least spray drift under controlled conditions

Keywords Air-Asissted Sprayer Air Induction (AI) Nozzle Air Induction XR Nozzle Extended Range Flat Fan (XR) Nozzle Hollow Cone Nozzle

INTRODUCTION

Viticulture is one of the most important branches of Turkish agriculture It has a great importance in Turkeyrsquos agricultural structure and it makes great contributions to Turkish economy Turkey has some advantages in the production of grape Not only the climate but also the soil is convenient for the production of grape In Turkey there are approximately 500000 enterprises occupied with viticulture However these are small scale enterprises 87 of which are below 10 haThe vast majority of Turkeyrsquos vineyards are owned by small independent farmers In Turkey the highest

174

total area of vineyard is in the Aegean Region This area is 33 of the total vineyards of Turkey Aegean Region ranks the 1st Mediterranean Region the 2nd Central-South Region the 3rd in terms of fresh grape productionWhile 75 of the fresh grapes of the approximate 4 million tons of production was consumed inland 25 of them was exported as dried grape table grape and a very small quotient as wine In 2008 total income from grape export has reached to 520 million dollars of which 1694 million dollars belong to table grape and 3495 million dollars belong to dried grape (Ccedilelik H 2010)

SPRAY DRIFT

During the pesticide application according to the application type some amount of the pesticide goes away from the target When the pesticide droplets or particles move through the air at the time of pesticide application or soon thereafter from the target site to any non- or off-target site this is called spray drift High concentrations of pesticide drift in the air can cause acute poisonings resulting in serious illness and in rare cases death Pesticide drift can also harm the local environment by contaminating waterways air and soil killing fish birds and other wildlife Not all pesticide drift happens during or right after a pesticide application Some pesticides continue to evaporate from fields for several days to several weeks after an application is completed People who live near farms or in the city can all be affected by pesticide drift

Drift is undesirable for economic environmental and safety reasons It should be reduced to minimum levels because it results in inefficient use of application equipment and applicator time it may result in under-application of chemicals and ineffective pest control which leads to additional applications reduced yield and higher production costs it may result in over-application if the applicator knowingly over-applies chemicals to compensate for drift losses and to ensure the desired level of control losses andor costly litigation may result if sensitive crops in adjacent fields are damaged unintentional contamination of foodstuffs from unacceptable pesticide residues can result in mandatory destruction of the crop it may contribute to pollution of air and water resources and it may affect the health and safety of susceptible human and livestock populations (Ozkan E 1998) The ideal nozzle-pressure combination should maximize spray efficiency by increasing deposition and transfer of a lethal dose to the target while minimizing residues off-target losses such as spray drift and user exposure (Nuyttens et al 2009) In Turkey vineyard farmers mostly use mounted and pto-driven conventional air-assisted sprayers The axial fan air-assisted sprayer fitted with hydraulic hollow cone nozzles is the predominant design of sprayers used in orchards It produces a large radial spray plume which could involve a significant risk of off-target contamination by spray drift and losses on the ground a subject of increasing public concern (Jamar L 2010) They prefer to use these

175

sprayers in vineyards because the increases crop penetration and higher pesticide deposition on the both upper-side and under-side of the leaves

However Turkish farmers make some mistakes during the applications Dependent on the plant canopy farmers operate the sprayers with only 2 or 3 nozzles with a very high operating pressure by adjusting the regulator at about 20-25 bar during the application This kind of high operating pressure produces small droplets which may easily increase the drift amount Additionally as a result of the unsuccesful applications they apply pesticides in high application rate with high frequency The most interesting thing is the sprayers which are used in vineyard spraying do not have any drift preventing systems Since it is expensive to modificate available sprayer to reduce drift amaount by changing nozzle type and size will be easier and cheaper way to control drift The main objectives of this study were to measure airborne spray deposits of different nozzle types and sizes in a wind tunnel to determine their drift potential using wind tunnel approaches and to compare the drift potential results with the reference spraying

MATERIAL AND METHODS

Whilst field research is appropriate to obtain realistic estimates of drift with sprayers under a range of working conditions and also to validate spray drift models the controlled conditions found in wind tunnels make them well suited for studies where relative drift values are required (Nuyttens et al 2009) Wind tunnel experiments provide an efficient method for supporting and complementing the data derived from field experiments They can be used to measure airborne spray and in some cases the size and velocities of drifting droplets The nozzles mounted in the wind tunnel may provide suitable methods for measuring and classifying the performance of nozzle systems without the effects caused by the sprayer or the tractor on which the nozzles are normally mounted

In this study the wind tunnel measurements were carried out in the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig GermanyThe wind tunnel was constructed as a closed loop in 1993 The advantage of the close loop is to determine the potential of sprays to drift can be made with different spraying systems under directly comparable and repeatable conditions which is not the case for field measurements The measuring section of the tunnel was made of stainless steel Measuring partrsquos length is 10 m width 24 m and height 16 m

The control unit allows adjusting of air temperature relative humidity and the air velocity in order to produce the required conditions for the applicationsThe air temperature can be adjusted from 10 to 30ordmC relative humidity from 40 to 80 air speed up to 15 ms Windtunnel protocols are essential for determining the drift potentials The measuring method is in

176

conformity with ISO 22856 - Equipment for crop protection-Methods for the laboratory measurement of spray drift-Wind tunnels

Trials were conducted at (2plusmn002) ms air speed (20plusmn1) oC temperature and (80plusmn5) relative humidity conditions As the sampling surface strings made of polyethylene (PE) with a diameter of 2 mm were used Pyranin was used as fluorescent tracer dye The concentration of pyranin was 1 The nozzle was oriented to discharge spray downward toward the wind tunnel floor In the experiments Teejet (Spraying Systems Co Wheaton USA) AI XR AIXR and local production hollow cone nozzles were used For reference nozzle Lurmark (Hypro EU Limited Longstanton Cambridge UK) conventional 110ordm flat fan nozzle of size 03 was used The working pressure for this nozzle was 3 bar Spraying time differs according to different application rates If the spraying time is too long the droplets may easily drop to the ground during drying and carrying To prevent this pre-trials were made to determine the spraying time according to the type of the nozzle and the aplication rate After each spray run strings were allowed to dry and then every string was passed throught the U-tube that contains 5 ml of deionized water During this application U-tube was inside the ultrasonic bath (Brainsonic 52) for better dissolving of the residue amount on the string Then the liquid inside the U-tube was passed through Kontron SFM 25 fluorometer (Kontron Instruments AG Zurich Switzerland) and the measurements were recorded

RESULTS AND DISCUSSION

The results obtained from the experiments conducted in the wind tunnel for various nozzles are given in Figure 1

Figure 1 Drift amount (ml s-1) according to the nozzles A=Nozzles with low application rate B=Reference nozzle C=Nozzles with mid application

rate D=Nozzles with high application rate

The drift amount according to the nozzles are given in Figure 1 Letter ldquoBrdquo is the reference nozzle Letter ldquoArdquo represents low ldquoCrdquo represents mid and ldquoDrdquo

177

represents high application rates Drift amount increased with the increasing of the application rate During the low application rate highest drift occured when 12 mm nozzle was used in 8 bars Nevertheless in mid and high application volumes highest drift occured at working with 12 mm nozzle and XR 110-08 VP nozzles Spraying pressures for these nozzles were 10 and 25 bar for mid application rate 6 and 4 bar for high application rate respectively Although the application rate for local production hollow cone nozzle is approximately half of XR type nozzle the drift amount was higher in low application rate For the mid and high application rates conventional and XR type nozzle had the highest drift

Airborne drift volume flux for the low mid and high application rate nozzles versus heights are shown in figures 2 3 and 4 In Figure 2 the maximum drift was measured on 100 mm and 200 mm heights for the nozzle 12 mm-8 bar In Figure 3 on 100 mm height the maximum drift was for 12 mm-8 bar and on 200 mm height for the nozzle XR 110-08 VP-25 bar In Figure 4 the maximum drift was for XR 110-08 VP-4 bar on 100 and 200 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-05 VS-3 bar

AIXR 110-04-4 bar

XR 110-08 VP-1 bar

12 mm-8 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 2 Airborne drift volume flux for the low application rate nozzles according to the heights

178

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-4 bar

AIXR 110-06-4 bar

XR 110-08 VP-25 bar

12 mm -10 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 3 Airborne drift volume flux for the mid application rate nozzles according to the heights

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Hei

gh

t (m

m)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-6 bar

AIXR 110-06-6 bar

XR 110-08 VP-4 bar

15 mm-6 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 4 Airborne drift volume flux for the high application rate nozzles according to the heights

AI and AIXR nozzles provided a lower drift compared to local and XR nozzles As a common view air induction nozzles decrease drift by increasing the droplet size (Hofman V and Solseng E 2001 Ozkan 1998) Drift reduction percentage means that the nozzle reduces the drift amount in percentage compared to the reference nozzle In Table 1 drift reduction percentages of the nozzles were calculated according to the reference nozzle AI 110-05 VS provided the lowest drift potential according to the reference nozzle At low application rate only the local nozzle (12 mm-8bar) had high drift potential

179

Table 1 Percentage of the drift reduction facilities of the nozzles according to the reference nozzle

Nozzles Drift Reduction () Aplication Rate Classification

AI 110-05 VS-3 bar 72

Low AIXR 110-04-4 bar 52

XR 110-08VP-1 bar 47

12 mm-8 bar -46

AI 110-06 VS-4 bar 55

Mid AIXR 110-06-4 bar 45

XR 110-08VP-25 bar -54

12 mm-10 bar -49

AI 110-06 VS-6 bar 5

High AIXR 110-06-6 bar -2

XR 110-08VP-4 bar -123

15 mm-6 bar -80

Lurmark 110-03-3 bar Reference Nozzle

When the application rate was mid the local nozzle (12 mm-8bar) and XR nozzle (110-08VP-25 bar) had high drift potentials When the application rate was high the local nozzle (12 mm-8bar) XR nozzle (110-08VP-25 bar) and AIXR (110-06-6 bar) had high drift potential

Air induction nozzles are relatively new so more research and experience is needed to verify this concept These nozzles produce large drops so coverage may be reduced in the case of their use in applying insecticides and fungicides Some pesticides require small droplets for good coverage and the air-induction type design may not produce the best coverage (Hofman V and Solseng e 2001) Otherwise hollow cone nozzles produces small droplets thus they improve the coverage But in this study the droplet size determinations and field tests were not made Drift values under realistic conditions can only be obtained by means of field drift experiments (Herbst A 2005) For drift measurements the application volume is very important variable because increasing the application volume by increasing the nozzle orifice size also reduces the number of droplets created under 200 microns (Wolf RE 2000) As it was shown before the application rates for the local nozzles were half of the other nozzles Although the spray rate for the local nozzle was too low the drift amount was too much

In pesticide applications Turkish vineyard farmers should pay attention to spray drift Currently used hollow cone nozzles produced more drift than air induction type nozzles To reduce the spraying drift during pesticide application it is recommended to use the nozzles which provided best

180

results during wind tunnel trials Although field tests are deficiency of this study wind tunnel test have a vital importance for the determination of the spray drift under the certain conditions

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to thank the researchers of the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig (Formerly BBA) for their useful supports in the wind tunnel experiments

LITERATURE

1 Ccedilelik H Kunter B Soumlylemezoğlu G Erguumll A Ccedilelik H Karataş

H Oumlzdemir G Atak A 2010 Bağcılığın Geliştirilmesi Youmlntemleri ve

Uumlretim Hedefleri Ziraat Muumlhendisleri 7 Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı 493-513

2 Herbst A 2005 Proceedings of International Symposium on Pesticide

and Environmental Safety Beijing 2005 39-46

3 Hofman V Solseng E 2001 Agricultural and Biosystems

Engineering AE-1210 June 2001 Reducing Spray Drift

4 Jamar LMostade O Huyghebaert B Pigeon O Lateur M 2010

Comparative performance of recycling tunnel and conventional

sprayers using standard and drift-mitigating nozzles in dwarf apple

orchards Crop Protection article in press

doi101016jcropro200912018

5 Nuyttens D Taylor WA De Schampheleire M Verboven P

Dekeyser D 2009 Influence of nozzle type and size on drift potential

by means of different wind tunnel evaluation methods Science Direct

Biosystem Engineering 103 (2009) 271-280

6 Nuyttens D De Schampheleire M Verboven P Brusselman E

Dekeyser D 2009 Droplet size and velocity characteristics of

agricultural spraysVol 52(5) 1471-1480 American Society of

Agricultural and Biological Engineers

7 Ozkan H E 1998 New Nozzles for Spray Drift Reduction Ohio State

University Extension Service Publication AEX 523-98 Columbus

Ohio

8 Wolf R E 2000 Strategies to Reduce Spray Drift Kansas State

University Extension Service

181

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr

Lviv National Agrarian University Scientific guardian ndash Rostyslav Datsuk Prof of the mechanics and power engineering faculty

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines

ANNOTATION

The article examines the problems of implementation of turbo-supercharging of gas-cylinder automobiles and buses and reequipment of gasoline engines into the gas ones

Key words gas-turbine supercharging tursupercharging turbo-compressor mathematic model gas engine

From the history of turbo-supercharging consumption

During the last decades both Ukraine and other countries witnessed considerable interest in turbo-supercharging of automobile engines Turbo-supercharging is able not only to increase an engine capacity without enlargement of its mass and dimensions but also to decrease the fuel consumption and toxicity of exhaust gases Thus the problem of improvement of fuel economic efficiency and decreasing of automobiles toxicity by turbo-supercharging of gasoline can be successfully solved The piston engine turbo-supercharging means the increase of weight filling of a cylinder with air and fuel mixture by means of increasing pressure at the inlet This increase is secured by turbo-supercharging

The air may be supercharged in the engine cylinders in different ways (by the driving blower or gas-conduction turbo-compresor) Turbo-supercharging of the automobile gasoline engines were first implemented in 1952

Air supercharging in the engine cylinder increases pressure and temperature at the inlet and backpressure at the out et

Mixture preparation may be intensified by the carburetor feeding which helps to distribute the mixtures into cylinders in equal portions and to facilitate the filling factor Raising the temperature of the supercharged air causes some decrease of the charge dencity

Due to the turbo-supercharging implementation as well as to the increase of pressure and temperature of the working medium the process of ignition is facilitated All the mentioned above factors secure more qualitative mixture preparation with increased velocities

182

Analysis of the impact of turbo-supercharging on the functioning of internal combustion engines

One of the most promissing directions in the field of improving technical and economic parameters both of the traditional and recently developed internal combustion engines is implementation of gas and turbine supercharging Engine equipment of gas automobiles gives them the opportunities to run with consumption of both compressed gas and gasoline when the turbo-supercharging is turned off and the engine parameters are fixed

One of the most typical ways of the consumption of the natural gas in automobiles is the reequipment of mass-produced gasoline engines with equipment of mass-produced gasoline engines with spark ignition into the gas ones This will save gasoline and help to decrease harmful exhausts contents

Nevertheless re-equipment of the lower heat of combustion of gas and air mixture in comparison with the gasoline and air mixture and worse filling of cylinders with fresh chargings This in its turn will worsen draught and dynamic properties of an automobile Therefore the problem of improving technical and economic parameters of gas engines becomes particularly acute

The capacity of re-equipped engine may be renewed by increasing the level of risk to 10hellip12 units which is quite possible for the natural gas with the octane number of 90-110 opposed to 85-90 in gasolines (according to motor method) But then the engine cannot function on gasoline consumption Thus it will not be universal

There exists another way of improving the filling capacity of gas engines cylinders with fresh charge of turbo-supercharging This approach is quite fresh

Consumption of gas fuel by auto transport is mostly stimulated by our acute need in decreasing the toxicity of exhausts

Because of the described above reason many countries do their bests to re-equip their public transport (first of all buses ) for gas fuel consumption

Nevertheless the majority of automobile gas engines are in fact gasoline engines with spark ignition which operate both on gasoline and gas and therefore they are called the two-fuels engines The compression level is limited by the barrier of work without detonation on gasoline The loss of capacity may be renewed by implementation of gas and turbine supercharging The engine capacity when consuming the natural gas should not be more then in case of consuming gasoline In this way one may prevent mechanic and therminc overloading of engine parts which may cause the early wear and even failures

183

We experimented much with gas and gasoline engines and developed the principal plan of the system of gas and turbine supercharging for automobile gas engines and mathematic models for calculative and theoretic research

The objects of our research are gas engines ЗИЛ ndash 138 ИН ЗИЛ ndash 138 ИНand ЗМЗ ndash 53 where gas and air mixtures are prepared in carburetors-mixers The most serious drawback of the plan of introduction of turbo ndash compressor instead of carburetor is the danger of surging the compressor on the small openings of throttle damper Therefore we took a decision to set turbo-compressor in front of carburetor which needs the damper`s sealing

In our plan gas comes from the reduction gear into carburetor-mixer under surplus pressure Therefore diaphragm cavities of mass ndash produced two ndash levelled reductor of high pressure is not connected with atmosphere but with the inlet branch pipe of a carburetor-mixer where air is conducted by a turbo-compressor

When consuming gasoline turbo ndash compressor is turned off by exhausts passing the collector outside turbine with the help of a damper The damper is affected by pneumo-cylinder which functions under pressure of gas coming from the reduction gear In such case the air comes to a carburetor-mixer directly through the reciprocative valve Gasoline is conducted from the filter by gasoline pump to electromagnetic valve and then to a carburetor-mixer

We compare interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИНwith turned in and turned off supercharging Due to the supercharging the capacity of gas engine increased from 93 to 132 kWt (on 41) Specific consumption of gas power decreased within the frequency of crankshaft rotation of 17 00 hellip 32 00 min-1 for 35 hellip 52 MJ (kWt h)

184

Fig 1 Plan of supercharging for gas and gasoline engine

1 ndash gas heater 2 ndash reduction gear of high pressure 3 ndash consumption valve 4 ndash electromagnetic valve-filter 5 ndash outlet collector 6 ndash damper for

exhausts passing 7 ndash turbo-compressor 8 ndash gas pressure timer 9 ndash aircoolant 10 ndash gasoline pump 11 ndash electromagnetic gasoline valve 12 ndash carburetor-mixer 13 ndash air cleaner 14 ndash reciprocal valve 15 ndash gas reductor

gear of a low pressure

The control over correctness of turbo ndash supercharging selection is made by the way of comparing consumption characteristics of turbo ndash compressor and hydravlic characteristics of the engine

CONCLUSIONS

Our research resulted in the following conclusion

1 Mass ndash produced Ukrainian turbo-compressor TKR-7 may be

consumed for the supercharging of universal automobile gas engines

ЗИЛ ndash 138 ИН and ЗМЗ ndash 536 with consumption of intermediate

cooling of the supercharged air Turbo-compressor is to be set in front

of the gas and air mixer to prevent throttling of the fresh charge steam

185

at the compressor inlet during the regulation of the engine capacity by

throttle damper of a carburetor

Fig 2 The interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИН with turbo-supercharging ndash without turbo-supercharging

2 The system of gas and turbine supercharging secures not only

renovation of the capacity of gasoline engines and their coming to the

natural gas consumption but also improves their fuel economical

efficiency for 12 It also decreases carbone oxide contents in exhaust

gases for 20 comparing with the engines which are not equipped with

supercharging But here the contents of nitric oxides in exhaust gases

may be somehow increased

3 Exploitation testings of the engines with turbo ndash supercharging in the

buses ЛАЗ ndash 699 РГ and automobiles ЗИЛ ndash 138 АГ ГАЗ ndash 53 АГ

confirmed the usefulness of the developed system of supercharging

4 On the basis of our research results one may recommend gas and

turbine supercharging with turbo ndash compressor TRK ndash 7 on the

universal gas engines ЗИЛ ndash 138 АН ЗИЛ ndash 138 ІНand ЗМЗ ndash 53

186

LITERATURE

1 ндреевВ И КрамарьМ П

Турбонаддувсовременныхбензиновихдвигателей - М

НИИНавтопром 1986-211с

2 ОтчетоНИРЭкспериментальныеисследованияопытныхобраз-

овдвухтопливныхгазобензиновыхдвигателейЗИЛ-130 иЗИЛ-375

сгазотурбиннымнаддувом КравецВИ ДацюкРЕ ЖабинВМ

ФурмановНН ЗваричБН ЛСХИ ВНИИГаза -Москва- Львов

1990 -103с

3 ЗвітпроНДРпогоспдоговірнійтемі N21-333-91

СтендовівипробуваннягазобензиновогодвигунаЗИЛ-138И (ЗИЛ-

375) зтурбо-наддувом ДацюкРЮ КравецьВІ СкречкоГВ

ЗваричБ М КудринецькийБП-Дубдяни1991-37с

Page 4: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING

9

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Brzezina Natalia 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Evrenosoğlu Mehmet 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Kovalyshyn Oleh 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr 181

10

Spis treści

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Application of method Poka Yoke in quality control 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew Methods of protection against diseases of cereals with particular emphasis on the use of biostimulators 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode material 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the tracking plane in years 2006 ndash 2010 49

Brzezina Natalia 60

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym 88

11

Evrenosoğlu Mehmet 94

Mathematical modelling in silage mechanization 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat industry waste material 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill 116

Oleh Kovalyshyn 120

Using cloud computing technology in education process 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim 162

12

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel 173

Zholobko Volodymyr Oleksandr Lys 181

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines 181

15

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek

Slovak University of AgricultureFaculty of Engineering Department of Quality and Engineering Technologies Nitra(Slovak Republic)

Application of method Poka Yoke in quality control

SUMMARY

A study focuses on application of Japanese method Poka Yoke (PY) - mistake proof ing in organization Faurecia Ltd located in Lozorno The method is applied in several manufacturing processes and so quality control is ensured at 100 Using Poka Yoke with other corresponding methods and procedures of quality control and process improvement is useful for organizations which try to reach Zero Quality Control (ZQC) The aim is to reach the highest quality level at lowest expenses therefore it is necessary to plan and implement the method PY where it is not only effective but efficient The study includes steps and procedures which are parts of application Poka Yoke and points out evaluation of systemsrsquo reliability and their levels

Key words Poka Yoke Zero Quality Control process quality improvement

INTRODUCTION

First application of method Poka Yoke to practice happened in 1960 by Japanese engineer Shigeo Shingo in organization Toyota He tried to improve a process quality and prevent processes from non-conformities Poka Yoke is designed for systematic prevention from defaults and following non-conformities Basic principle of system PY is to register non-conformity announce it to operator by signalization and if necessary to stop the manufacturing process Modification of a product fixture device and other equipment which is considered in business plan allow using those principles If the system PY is function it indicates 100 control

Poka Yoke is one of approaches of process quality management and control besides statistical quality control and final product control Method PY represents generally the elimination of human factors (mistakes) at process quality

The object of study is to introduce the usage of method Poka Yoke at manufacturing of automobile seats in organization Faurecia Ltd (fig 1) It defines steps that are needed for effective function of system Poka Yoke with its requirements regulations and other appropriate documents

16

Fig 1 Parts of automobile seat

METHODOLOGY

METHOD POKA YOKE

Application of method Poka Yoke (design implementation development of system Poka Yoke and its equipment) and also calculation of expenses according to similar final products must be included in business plan All documentation must clearly define dimensional and functional requirements on individual parts according to safety and legal requirements of a customer (VW Ford Audi etc) In case of safetyregulation characteristics legal requirements or product characteristics which effect assembly suppliers define Poka Yoke at product and process design so the 100 conformity to customerrsquos requirements is ensured

Then Poka Yoke are defined in FMEA and control plan Following instructions procedures and directions for correct application of Poka Yoke in operation are performed Verifying phase of their function in manufacturing process is done at last

Fig 2 Documentation with PY indication for process

Reference number Poka Yoke description control method and backup method (in case of system failure) must be defined and classified for every

17

single Poka Yoke Every process using Poka Yoke must be defined by relevant marking in advance including marking in all documents of processes

Documents with Poka Yoke marks

Following documents which are related to using method Poka Yoke (fig 2)

drawings

control plan and FMEA

block schema

instruction of serial production release (O K 1st part) - working instruction

records for register

Application of PY in processes

Organization Faurecia Ltd has implemented method Poka Yoke particularly into processes with safetyregulation characteristics (tab 1) Safetyregulation characteristics are groups of processes which with their quality level effect product safety within its usage (can cause life injuries and harm to human health) Therefore the 100 quality within those processes is necessary to ensure and sustain

Safetyregulation characteristics within seatsrsquo manufacturing for automobiles are following

process of screwing of seatrsquos parts

process of riveting of parts

Poka Yoke is also used for scanning of input parts so the 100 conformity to a customer order in organization

Tab 1 Defined nonconformities in processes with PY

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Screwing Riveting

The most frequent non-conformities

Incorrect torque Incorrect force of hydraulic riveting

Missing screw Tear off the rivets

Double screwing

RECEIVING INSPECTION

Scanning input parts

Missing parts

18

Confusion of parts

Safetyregulation characteristics must be under the 100 quality control which is achieved by using method Poka Yoke and by definition of backup method in case of system failure

VERIFICATION PHASE

Release of serial production

Usage of Poka Yoke within individual process must be validated before release of serial production All methods of PY must be approved and operators must be trained

OK 1st part

At the beginning of each shift the 100 Poka Yoke system control must be verified Operator is obligated to simulate all non-conformities of manufacturing process at the beginning of each shift after system modification and after elimination of Poka Yoka failure So function of Poka Yoke is verified and controlled Data of failures simulated in process are registered automatically due to control flashback in form of electronic records

When verification phase is confirmed and Poka Yoke in function the process is marked by relevant label on the visible location

Poka Yoke need to be prevented from usage in case of incorrect system function and defined backup (manual) process procedures (tab 2) need to be applied until a problem solving (max 24 hours) If the backup method is needed management of organization must be informed about it Work station in workplace is marked by relevant label which visibly shows incorrect function of PY

Backup method

a) 100 manual control

b) 100 visual marking of controlled feature

c) manual records of products which are manufactured by backup method

Tab 2 Alternate procedure for Poka Yoke processes

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Backup method

Screwing Riveting

Use emergency electric screwdriver

Place substitute riveting pistol

19

Mark screws which are not under control of PY for torque control

Mark all rivets with permanent marker

Fill in dispatch note with product data

Fill in dispatch note of seat

Backup methods are defined only for safetyregulation characteristics If there is noted any problem with scanning input parts by Poka Yoke operator is obligated to control marking of parts personally and to realize selection according to marking of parts in order

CALIBRATION AUDITS

Calibration of system Poka Yoke proceeds as following

external calibration ndash once per 18 months

internal calibration ndash once a month

Audits of system Poka Yoke (according to plan of audits) are proceeded as following

external audits ndash once a year

internal audits ndash once a year

suppliersrsquo audits ndash (in supplier who has implemented Poka Yoke for safetyregulation characteristics in drawings) min once per 2 years

All records about PY (methods and other documents) must be archived at the minimum of 15 years Recorded reports of data are the object of internal audit at the minimum once a year

DISCUSSION

Shigeo Shingo (1988) said that system of Zero Quality Control equipment and techniques of Poka Yoke ensured the 100 control Poka Yoke guaranteed that non-conformity with its known cause there was not any more presented in process

Usage of method Shingo (1988) characterized by 3 basic features sophistication simplicity and relative economic allowance

Other methods and tools (statistic control final control) serve for monitoring process or for detection of non-conformity productprocess The aim of each organization is not only detection of non-conformity but previous elimination of mistakefailure that leads to this non-conformity

Organization Suzuki located in Rome saved 400 000 $ a year and decreased non-conformities from 24000 to 2400 per million produced parts by application of method Poka Yoke in installation process of protection of automobile drive unit (Connor G 2006)

20

Organization DCM Toyota Ltd manufacturer of trucks located in Surajpur in northern India used the method Poka Yoke within screwing process control Prevention from forgetfulness of their operators within the process of screwing critical screws on vehicle was assured by following approach screwdrivers were dipped in noticeable colour so the colour was transfer on every screw which was done manually This signal served for warning an operator that there was missing screw or incorrect torque (Robinson A - Shingo S 1990)

The 100 process quality control elimination of all possibilities which lead to non-conformities at processing are possible to ensure by application of method Poka Yoke in process In some cases we can meet with incorrect designs of PY or system failures Therefore it is necessary to control system Poka Yoke periodically to calibrate and keep auditing from side of a manufacturer and a customer

CONCLUSION

Every process is necessary to define potential non-conformities and causes which lead to them needs to be identified and the quality has to be evaluated and monitored for effective usage of method Poka Yoke Organization Faurecia Ltd uses philosophy Just In Time and so the usage of Poka Yoke is very suitable Philosophy Just In Time focuses on the 100 quality conformance Quality is inseparable from manufacturing process in the organization Poka Yoke reaches required quality level and includes many supportive methods which with their right combination and harmony allow controlling process as the most efficient

REFERENCES

1 Connor G 2006 Poka-Yoke Human-Proof Your Process In Industrial

Maintenance amp Plant Operation vol 67 2006 no 6 p 12 - 14

2 Internal documents and regulations 2011 Lozorno Faurecia

Ltd 2011

3 ROBINSON A - SHINGO S 1990 Modern approaches to

manufacturing improvement Cambridge Productivity Press 1990

399 p ISBN 0-915299-64-X

4 Shingo S 1988 Poka Yoke Improving product quality by preventing

defects USA Productivity Press 1988 282 p ISBN 0-915299-31-3

In chapter were used researches results within the frameworks of statutory researches VEGA 1057609 (2009-2011) ndash bdquoThe quality improvement of agricultural machines and production systemsldquo

21

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Studenckie Koło Naukowe Fitopatologoacutew Skosikrdquo

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew

Methods of protection against diseases of cereals with particularemphasis on the use of biostimulators

ABSTRACT

The introduction of integrated crop production including the integrated production of cereals after 2014 brings with it the need to use non chemical methods of plant protection especially methods of agrotechnical and breeding Therefore the withdrawal of many chemical preparations selection of adequate plant protection gives the farmer a lot of problems The new group of agents used in the modern technology of field crops occupy biostimulators Biostimulators influence the course of life processes in plants support the natural defense mechanisms and indirectly also influence the development of pathogen reduction The most commonly used among commercially available biostimulators by Polish producers is the preparation of Asahi SL It contains in its composition of phenolic compounds (ortho- and para-nitrofenolan sodium and 5-nitrogujakolan sodium) which increased synthesis occurs naturally in plant cells during stress conditions for them

The aim of the experiment was to determine the effect of biostimulator

Asahi SL on the growth of some species of fungi

Isolates of Fusarium fungi were used in the study The experiment was conducted at 22 deg C in triplicate and four variants of concentration of the preparation Petri dishes were placed on the medium containing 7-days-grown mycelium with a diameter of 4 mm Observations and measurements of the diameter of the mycelium were performed after 7 and 14 days of incubation The obtained results were subject to analysis of variance (ANOVA) using standard statistical methods Means were compared using Fisherrsquos least significant difference (LSD) test at 001

The results of the experiment show that the fungi used in the study have varied the in their growth rate and respond differently to different concentrations of the biostimulator in the medium

Sowa kluczowe biostymulatory ochrona

22

WSTĘP

Wprowadzenie integrowanej produkcji roślinnej w tym także integrowanej produkcji zboacuteż po 2014 roku niesie za sobą konieczność wykorzystania w ochronie roślin metod nie chemicznych zwłaszcza metody agrotechnicznej i hodowlanej W związku z wycofaniem wielu preparatoacutew chemicznych doboacuter odpowiedniego środka ochrony roślin stwarza rolnikowi wiele problemoacutew Nową grupę preparatoacutew stosowanych w nowoczesnej technologii upraw polowych zajmują biostymulatory [Kozak 2009] Biostymulatory wpływają na przebieg procesoacutew życiowych w roślinie wspomagają naturalne mechanizmy obronne a pośrednio wpływają także na ograniczenie rozwoju patogenoacutew [Michalski i in 2008] Spośroacuted dostępnych na rynku biostymulatoroacutew najczęściej stosowanym jest preparat Asahi SL Zawiera on w swoim składzie związki fenolowe (orto- i para-nitrofenolan sodu oraz 5-nitrogujakolan sodu) ktoacuterych nasilenie syntezy występuje naturalnie w komoacuterkach roślinnych podczas warunkoacutew dla nich stresowych Działanie preparatu polega na wspomaganiu roślin narażonych na czynniki stresowe takie jak złe warunki pogodowe siedliskowe oraz porażenie przez patogeny grzybicze Powoduje on min polepszenie wigoru roślin poprzez poprawienie turgoru komoacuterek oraz gospodarki hormonalnej [Ogoacuterek i Pusz 2011]

CEL BADAŃ

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie wpływu biostymulatora Asahi SL na wzrost wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju Fusarium

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Do badań wybrano izolaty grzyboacutew rodzaju Fusarium Izolaty Fusarium oxysporum wyizolowane zostały z pszenżyta natomiast pozostałe grzyby wyosobniono z podstawy łodygi rzepaku Pochodziły one z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Czyste kultury wybranych izolatoacutew uzyskano metodą kultur jednozarodnikowych Zarodniki przenoszono na zestaloną i zakwaszoną pożywkę PDA (Potato Dextrose Agar) frmy Biocorp

Doświadczenie wykonano w warunkach temperatury pokojowej (22 oC) w trzech powtoacuterzeniach oraz następujących wariantach stężeniowych preparatu 04 lha-1 (0133g preparatu na 100ml pożywki) 06 lha-1 (02g preparatu na 100ml pożywki - dawka zalecana dla Asahi SL) 10 lha-1 (033g preparatu na 100ml pożywki) oraz 00 lha-1 (kontrola) Na pożywce umieszczono krążek 7-niowej grzybni o średnicy 4 mm Obserwacje i pomiary średnicy grzybni wykonano po 7 i 14 dniach inkubacji

23

Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA) przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet Statistica 90rdquo) Średnie poroacutewnano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD) α 001

WYNIKI

Analiza wynikoacutew przeprowadzonego doświadczenia wykazała że biostymulator wpływa hamująco na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew Fusarium (tab 1 2) Na wykresach 1 i 2 przedstawiono oddziaływania poszczegoacutelnych dawek Asahi SL na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew

Po 7 dniowej inkubacji odnotowano że dawki Asahi SL wykazały działanie hamujące wzrost grzyboacutew wprost proporcjonalnie do ich stężenia dla obu izolatoacutew F oxysporum F culmorumorazpierwszego izolatu F poae Jednakże pod względem statystycznym wyniki te nie rożną się istotnie Izolat drugi F poae nie reagował na dawki preparatu zgodnie ze wzrostem jego stężenia W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab1)

Biostymulator Asahi SL po 14 dniach hamował wzrost prawie wszystkich izolatoacutew grzyboacutew wykorzystanych w doświadczeniu ale tylko niektoacutere oddziaływania były istotne statystyczne Pod względem statystycznym istotny były tylko wpływ preparatu na wzrost oba izolaty F oxysporum Podobnie jak po pierwszym okresie inkubacji wzrost izolatu drugiego F poae nie był hamowany W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni pod wpływem preparatu Asahi SL w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab 2)

24

Tabela 1Table 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

Tabela 2Table 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

dawka [lha

-1]

dose [lha

-1]

średni wzrost kolonii [mm] average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 410 a 380 a 580 a 672 bc 579 a 480 a

04 400 a 350 a 587 a 704 ab 556 a 499 a

06 378 ab 340 a 547 a 723 a 553 a 475 a

10 363 b 320 a 538 a 669 a 569 a 434 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

dawka [lha

-1]

dose

[lha-1

]

średni wzrost kolonii [mm]

average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 675 a 636 ab 793 a 840 a 850 a 850 a

04 645 ab 650 a 791 a 846 a 850 a 840 a

06 600 ab 575 bc 787 a 850 a 840 a 840 a

10 576 c 511 c 756 b 850 a 830 a 830 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

25

20

30

40

50

60

70

80

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 1Figure 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach

The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 2Figure 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

26

DYSKUSJA

Grzyby z rodzaju Fusarium są jedną z najważniejszych grup patogenoacutew roślin [Guarro i Geneacute 1995] Ponadto wydzielają one roacuteżne metabolity wtoacuterne min mikotoksyny ktoacutere stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia ludzi oraz zwierząt [Bai i Shaner 2004 Frandsen i in 2006] Wiele mikotoksyn jest niewrażliwych na obroacutebkę cieplną w wyniku czego są stabilne podczas standardowych procesoacutew przygotowywania żywności i pasz [Pokrzywa i in 2007]

Obecnie głoacutewnym sposobem walki z tymi patogenami jest metoda chemiczna Jednakże biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na produkty wytwarzane metodami ekologicznymi rolnicy zmuszeni są do szukania nowych środkoacutew walki z patogenami roślin Jednym z wyjść może być wprowadzenie preparatoacutew na bazie substancji nie szkodliwych dla środowiska [Panasiewicz i in 2008] Do preparatoacutew takich zalicza się min biostymulatory ktoacuterych zadaniem jest zmniejszenie negatywnego wpływu warunkoacutew siedliskowych na rośliny [Maciejewski i in 2007]

Biostymulatory nie są fungicydami ale w pewnym stopniu mogą chronić roślinny roacutewnież przed chorobami powodowanymi przez grzyby min poprzez zwiększenie ich naturalnej odporności Potwierdzają to badania Saniewskiej [2000] ktoacutera stwierdziła iż stosowanie preparatu Atonik SL (ta sama substancja aktywna jak w preparacie Asahi SL) wpływa korzystnie na zdrowotność roślin ozdobnych Podobne rezultaty uzyskali Pusz i Pląskowska [2008] stwierdzając pozytywny wpływ biostymulatora Asahi SL na porażenie łodyg rzepaku przez Sclerotinia sclerotiorum

W przeprowadzonym doświadczeniu po obu okresach inkubacji zauważono hamujący wpływ Asahi SL na wzrost większości grzyboacutew z rodzaju Fusarium użytych do badań Właściwości inhibicyjne preparatu w wielu przypadkach wzrastały wraz z jego stężeniem ale tylko po 14 dniowej inkubacji były istotne statystycznie dla obu izolatoacutew F oxysporum Podobne tendencje zauważył Ogoacuterek i in [2011] badając wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew z gatunku Fusarium oxysporum Stwierdzili oni że zaroacutewno po 7 jak i 14 dniowej inkubacji właściwości inhibicyjne Asahi SL utrzymywały podobne tendencje Inhibicyjne właściwości Asahi SL potwierdza roacutewnież doświadczenie Ogoacuterka i Pusz [2010] Badali oni wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew Fusarium spp oraz Alternaria alternata Rhizoctonia solani i Sclerotinia sclerotiorium Jednak stwierdzili oni że najsilniej hamowany jest wzrost izolatoacutew F oxysporum przez ten biostymulator

Należy podkreślić iż biostymulatory są preparatami wspomagającym rośliny w sytuacjach stresowych jednak nie zastąpią przeprowadzenia zabiegoacutew pielęgnacyjnych przed agrofagami w uprawach polowych jak i terenach zielonych

27

WNIOSKI

1 Preparat Asahi SL w zależności od zastosowanej dawki wpływa na

ograniczenie wzrostu grzyboacutew z rodzaju Fusarium

2 Właściwości inhibicyjne preparatu Asahi SL utrzymywały się

w obydwoacutech okresach badań

3 Biostymulator Asahi SL prawdopodobnie może być stosowany do

ograniczenia wzrostu wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju

Fusarium

LITERATURA

1 Bai GH Shaner G 2004 Management and resistance in wheat and

barley to Fusarium head blight Annual Review of Phytopathol (42)

135ndash161

2 Frandsen RJ Nielsen NJ Maolanon N Sorensen JC Olsson S

Nielsen J Giese H 2006 The biosynthetic pathway for aurofusarin in

Fusarium graminearum reveals a close link between the

naphthoquinones and naphthopyrones Mol Microbiol 61(4) 1069ndash

1080

3 Guarro J Geneacute J 1995 Opportunistic fusarial infections in humans

Eur J Clin Microbiol Infect Dis (14) 741ndash754

4 Kołaczyńska-Janicka M 2004 Wieś Jutra 2004 nr 3 s25-26

5 Kozak M 2009 Biostymulator dobry wyboacuter Agrotechnika 3 61-62

6 Maciejewski T Szukała J Jarosz A 2007 Influence of biostymulator

Asahi SL on qualitative tubes of potatoes J of Res and Apll in

Agricult Eng 52(3) 109ndash12

7 Michalski T Groszkiewicz-Janak J Bartos-Spychała M 2008

Skuteczność Asahi SL w ochronie mieszanki jęczmienia z pszenicą

w poroacutewnaniu do siewoacutew czystych Biostymulatory w nowoczesnej

uprawie Warszawa 7-8022008

8 Ogoacuterek R Łobczowski M Pusz W 2011 Wpływ biostymulatora Asahi

SL na wzrost wybranych szczepoacutew Fusarium oxysporum Schlecht

Zeszyty Problemowe Postępoacutew Nauk Rolniczych (w druku)

9 Ogoacuterek R Pusz W 2010 Możliwości wykorzystania biostymulatora

Asahi SL w ochronie roślin na terenach zurbanizowanych Monografia

28

Problemy ochrony roślin na terenach zurbanizowanychrdquo red E

Pląskowska 40ndash46

10 Panasiewicz K Sulewska H Koziara W 2008 Efficacy of biological

and chemical active compounds in protection of Triticum durum against

fungal diseases Journal of Research and Applications in Agricultural

Engineering 53(4) 30ndash32

11 Pokrzywa P Cieślik E Topolska K 2007 Ocena zawrtosci

mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych Żywność Nauka

Technologia Jakość 3(52) 139ndash146

12 Pusz W Pląskowska E 2008 Wpływ stosowania preparatu Asahi SL

na zdrowotność rzepaku ozimego Zesz Probl Post Nauk Rol 531

185-191

13 Saniewska A 2000 Wpływ preparatu Atonik SL na hamowanie

wzrostu i rozwoju niektoacuterych gatunkoacutew grzyboacutew chorobotwoacuterczych dla

roślin ozdobnych Zesz Nauk Inst Sadown i Kwiac 7 145-153

29

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant

ABSTRACT

The machining of austenitic chromium-nickel steel is difficult for several reasons This material is cold hardening and has low thermal conductivity The machining of these materials may cause sticking of the material to the tool which can cause instrument fracture and the loss of his cutting ability These facts put heavy demands on cutting tools One possibility to machine austenitic steels is their machining with tools of HSS and HSS-PM at cutting speeds in the range of 10mmin to 35mmin These tools are characterized by high toughness and sufficient hardness at lower temperatures In order to prevent loss of hardness of the tool at high cutting temperatures was used ionized air (ozone) as an organic process medium which is characterized by strong oxidizing effects and relatively high thermal conductivity The aim of partial experiments were performed to identify the impact of application of this gaseous medium for tool resistance and cutting parameters influence changes in quality of machined surface Article was a direct support of the Ministry of Education to tackle the grant project VEGA no 1088510

Key words ozone austenitic steel HSS the roughness of finished surface wear

USED MATERIAL

Corrosion- resistant austenitic steels due to their increased resistance to corrosion used in larger quantities than ferritic and martensitic corrosion- resistant steel[9]

The most commonly used types of austenitic corrosion-resistant steel is steel with the designation of 14301 (17 to 195 Cr 8 to 105 Ni 007gt C) [9]

Usually these steels are supplied in the soft annealed condition and annealed to soft and cold drawing condition This material is characterized by large strain hardening of cold low thermal conductivity and greater susceptibility to sticking to the cutting tool Machinability is thus very complex In general these steel is difficult machinable than steel alloy

30

The reason of cold hardening is the conversion of austenite into martensite at high strain rate The cold hardening effect can be so intense that the machined surface may result points to an extremely high hardness 400 to 500 HB with a thickness of 01 mm This fact is very important in the choice of cutting tool geometry while a negative front angle and cutting tool wear increasing the hardened layer Positive front angle and sharp cutting edge tool acting contrary As for the cutting conditions it is appropriate to choose the depth of cut and feed rate so that the tool during the machining can get behind the hardened layer [26]

Low thermal conductivity is a problem that affects the choice of cutting tool material Heat from the primary and secondary deformation is not preferentially drawing- off with a chip and also heat transfer from the zone of cutting back in the material is limited The reason is the high content of chromium as alloying element which reduces the thermal and electrical conductivity In the area of cut remains more heat which prejudicing tool life [3411]

USED COOLANT

As a cutting environment (gaseous coolant) was used ozone In the case of machining of austenitic corrosion-resistant steel has not been possible to fully exploit the effects of wetting and lubricating the gaseous coolant because this material is not only resistant to corrosion but also to oxidation Theoretically there could be lubricating effects of strongly oxidizing coolant to rebound on the instruments because there were Co-HSS cutters used without PVD coating and the tools contain only about a quarter of content of chromium from machined austenitic steels Currently PVD coating method provides tools to oxidation resistance This cutting environment was chosen because of its environmental friendliness better distribution to the point of cutting and specific heat capacity which is similar to air and pure Oxygen To generate ozone was used equipment from LifeTech Figure 1 [7]

Intensity of supplied gaseous medium can be controlled by the compressor which is able to transport 14 liters of gas per minute Ozone concentration can be controlled with rotary switch on the ozone generator Ozone is an extract from the workpiece and subsequently neutralized by the neutralization unit

31

Fig 1 Ozone generator with neutralization unit

For the experiments were used cutting tools of high speed steel (HSS-Co) with a given content of alloying elements

Fig 2 Content of alloying elements in tools[8]

THE PARAMETERS OF CUTTING TOOLS

diameter of front cylindercutter-16mm

diameter ofclampingpart-[h6] 16 mm

length of cutting section-32 mm

mill-length- 92 mm

4 teeth

uniform spacing of teeth

without PVD coating

front angle γ = 12 deg

N-type universal milling machines suitable for materials up to 900 Mpa

a tooth through the center [10]

32

PARTIAL EXPERIMENT

Currently for machining of austenitic corrosion-resistant steels are most used tools from sintered carbides that compared with conventional cutting tools from high speed steel and high-speed steels produced by powder metallurgy retain their hardness also at higher cutting speeds Sintered carbides however lagged behind the tools of HSS and HSS-PM with their toughness feed rate per tooth and price Tools of HSS and HSS-PM can be after wearing free of coantig grinded and re-coated Increasing of cutting performance for tools from HSS and HSS-PM is possible by increasing the axial and radial depth of cut If we want change the cutting conditions we must respect the stability of cutting process[15]

Cutting power 310 fep vaaQ [cm3min] (1)

ap- axial depth of cut

ae- radial depth of cut

vf- feed rate [5]

This partial experiment was realized aimed to investigate the effects of change of cutting parameters on the resulting machined surface measure the impact of used coolant on the wear of cutting tools and get results (etalon) for multicriteria evaluation of cutting properties of cutting tools from high-speed steels produced by conventional and powder metallurgy According to the literature HSS Milling Smart Guide is for uncoated cutting tools made of HSS-Co determined a maximum cutting speed to value from 10 to 15 m min During this experiment was achieved in three cases a maximum cutting speed 29 m min and in each case there was not a wearing on the back surface The cutting parameters were changed spindle speed (cutting speed) and feed per tooth All experiments were carried out as co-milling The length of the milling area in each case was 100 mm Roughness values were measured using the Mitutoyo SJ-device 400th Each of the machined surfaces was evaluated by 3 - times and the average value was recorded in the chart

Cutting parameters were

spindle speed - 290 360 580 [revmin]

feed per tooth- 00078 00125 00155 0015 0024 0025 003 004 005 [mmzub]

radial and axial depth of gut- ap= 8mm ae= 2mm

33

CONCLUSION

Fig 3 Character of machined surface

The best values of roughness characterized by a roughnessheightofroughnessprofileRzhave been achieved in terms of spindle speed 580 rpm and feed per tooth of 0015 mm Similar values were reached at a speed of 360 rpm and feed per tooth of 00125 and 00243 mm Properties of appliedcoolantcould notbeusedinfull because theworkpieceischaracterized byhigh resistancetooxidation This preventstheformationof oxidizedlayeron theworkpiece whichwoulddirectlyat thecutting siteact as a lubricatinglayer

Therefore wasusedonlythe coolingcapacityof gaseousmediaanditsability tobetterpenetrateinto thecuttingsite Coolingeffectandability topenetrateinto thecuttingsite however weresufficient Lower cutting speeds compared with cutting speeds applied during the machining with hard metals ensured that there is no curing a thin layer of workpiece before the cutting tool ergo the workpiece material was not exposed to high strain rate In the implementation of other experiments can take advantage of HSS tools machining with high axial depth of cut Increasing the axial depth of cut would provide burden reduction by-bit per unit of its length and also would increase the cutting performance To increase the durability of cutting tools could be used air stream cooled to -5 deg C and more On the test instruments was also observed on the back surface wear VB as well as other forms of wear The maximum wear value VB which was measured on the back surface of cutting tools after time 20 min was 02 mm In the case of one instrument was observed brittle fracture where there is destruction of three teeth and hence the loss of the cutting ability of the instrument

All performed experiments showed that the examination of cutting materials for the application possibilities is justified not only in terms of technology but also from an economic point of view

34

REFERENCES

[1] HUMAacuteR Anton Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha MM publishing sro 2008 242 s ISBN 978-80-254-2250-2

[2] KUDELA Miroslav Sandvik Prekladateľ Priacuteručka oraacuteběniacute Praha Sandivik CZ sro za pomoci nakladateľstva Scientia sro 1997 918 s ISBN 91-97 22 99-4-6

[3] VASILKO Karol Analytickaacute teoacuteria trieskoveacuteho obraacutebania Prešov Fakulta vyacuterobnyacutech technoloacutegiiacute TU v Košiciach so siacutedlom v Prešove 2007 338 s ISBN 978-80-8073-759-7

[4] VASILKO Karol HRUBYacute Jindřich LIPTAacuteK Jaacuten Technoloacutegia obraacutebania a montaacuteže Bratislava Alfa 1991 494 s ISBN 80-05-00807-4

[5] BACH Pavel HSS naacutestroje z PM oceliacute pro vyacutekonneacute a ekonomickeacute freacutezovaacuteniacute titanovyacutech slitin MachiningampTooling Magazine 22009 50-54

[6] LUKOVICS I BIacuteLEK O High Speed Grinding Process Manufacturing Technology8 2008 12-18 ISSN 1213248-9

[7] MATIJA Rudolf MIŠIacuteK Ladislav HLOCH Sergej Využitie procesnyacutech meacutediiacute StrojaacuterstvoStrojaacuterenstviacute 22009 2-3 ISSN 1335- 2938

[8] HSS Smart Guide 01 Introduction[online]Available on the internet httpwwwhssforumcomSmartGuideENhtm

[9] Inox spol s ro vlastnosti antikorovyacutech materiaacutelov[online] Available on the internet httpwwwinoxspolcznerezova-ocel-14301html

[10] Freacutezovacie naacutestroje[online] Available on the internet httpwwwzps-fncz

[11] Vplyv legujuacutecich prvkov na vlastnosti oceliacute[online] Available on the internet httpwwwfpttnuniskkfimpredmetyrocnik1nauka_o_materialipdfvplyv_legujucich_prvkov_na_vlastnosti_ocelipdf

35

Bilous Oleksiy Solop Andriy

LvivNationalAgrarianUniversity Mechanics and power faculty

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode

material

ABSTRACT

In work the analysis of the literary data connected with use of an electro-spark alloying for tool hardening is carried out

Necessity of working out new tungstenless electrode materials with eutectic structure for improvement of technologies of an electro-spark alloying is proved Therefore the structure new eutectic system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li alloy has been developed the manufacturing techniques of an alloy are offered by a sintering method

Analysis carrying out received a new alloy by means of modern a research method was the following stage researches namely electronic spectroscopy on microprobe JAMP-10S (JEOL) where it is established that the alloy break has viscoplasticitycharacter and at it there are all elements of system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li The x-ray-phase analysis on diffractometerwith use monochromatic Coα - radiation has shown to Dron-UM1 presence in an alloy of following phases α-Fe Fe3 (B C) Fe2B Fe3 (Si B)

Work is written on 23 pages to the text consists from introduction 5 sections contain 3 drawings and 2 tables

Keywords an electro-spark alloying eutectic alloy fractographyof a break a x-ray-phase method

INTRODUCTION

The analysis of row of works about creation of new electrode materials for an electro-spark alloying (ESA) shows that lately prevails tendency to development of tungsrenless of electrode materials [1 2 3] It is related to the greater economy and possibility of replacement of deficit a tungsten and cobalt By confirmation there are numerous researches it from the receipt of alloys with an eutectic structure [4-5] that are dispersible are the fixed alloys with optimum correlation of hardness and plasticity due to a presence in the structure of plastic matrix and reinforcing phases Correlation of such phases can be purposefully changed arriving at thus the receipt of eutectic alloys with the set complex of their properties

36

That touches wearproofness of coverages which are inflicted from such eutectic alloys and in particular by an electro-spark treatment the optimum ranges of correlations of elements of alloy are in this case possible also and at the same time plastic and reinforced phases which change his wearproofness substantially

1 GROUND OF CHOICE OF ELEMENTS FOR ALLOYING OF THE SYSTEM FE ndash MN ndash C ndash B THEIR CONCENTRATIONS AND DEVELOPMENT OF COMPOSITION OF COMPONENTS OF ELECTRODE ALLOY

For base material chosen the system Fe ndash Mn ndash C ndash B which allows to get in a structure carbides and metals boride that promotes hardness wearproofness thermal stability and corrosive firmness considerably [6]

Basis of coverage (iron) is a main element which is included in composition of toolpiece and forms hard solutions compounds and carbides A carbon and coniferous boron form with iron an eutectic and also ultrastrong carbides and boride In addition it has high enough diffusive penetrating in the process of satiation of basis of coverage and as marked higher they effectively form hard solutions and compounds Borides also high firmness to the abrasive wear as compared to refractory carbides and oxides [7]A manganese have high properties of bringing together with iron and can easily replace it in carbides simultaneously promotes plasticity and their dispersion at the maintainance of high durability and thermal stability It also is a good carbide creative element

Is a manganese instrumental in displacement αrarrγconverting into the side of considerably lower temperatures Speed of flowing of diffusive processes which slows speed of transformation of austenite in martensit diminishes thus [6]

The analysis of diagrams of the state shows [6] that with the purpose of formation of coverages of eutectic type they must have the followings concentrations of elements (on weight)

860 974 iron

22 13 to the manganese

04 to a 15 carbon

to 35 coniferous boride

Accepting the alloy of Fe ndash Mn ndash C ndash B for basis in the range of concentrations which the eutectic melting (see higher) is at to it finished mixing such elements as a chrome and silicium that allowed substantially to promote the level of mechanical descriptions (hardness wearproofness) and corrosive firmness

37

As known introduction of silicium which is included in a solution with iron (to 15) substantially promotes hardness and limit of durability of alloy at high temperatures and at low - offers resistance corrosion Also does silicium narrow the limit α-solution (more than 3) an alloy up to the temperature of melting feels no phase transformations

Introduction of chrome from 6 to 20 considerably promotes corrosive firmness at to simultaneous influence of mechanical tensions[6]

It should be noted that mixing in refractory admixtures (does the temperature of melting of chrome and silicium exceed 1400 Co and 1500 Co accordingly) does not result in the increase of temperature of synthesis of coverage so as there is the partial melting of charge at their receipt but fusion which appeared muffles the not cut-in particles of powder-like mixture as though a diffusive redistribution is considerably initiator them on all volume of liquid phase [8 9]

A wearproof eutectic alloy was thus developed with the high enough level of physical - mechanical parameters [10] which is used for overcoating on a toolpiece

For the receipt of the indicated eutectic alloy such components are used Ч - 20 B2O3 Fe Mn FeCr FeSi Therefore harmful admixtures - sulphur phosphorus appear in his composition oxygen but other These harmful admixtures sharply reduce the complex of physical ndash mechanical properties of material because they take place on borders of grains and it does material fragile less plastic The results of researches assert that in material is phosphorus to 008 and sulphurs to 009

Consequently to promote the complex of physical - mechanical properties of material and with it official properties of toolpiece such as longevity wearproofness reliability volume of the taken off shaving to our opinion it is possible by introduction to his composition of new element which would have large bring together to phosphorus sulphur oxygen and other components and would provide cleaning of border of grains from these harmful admixtures

The analysis of literary data shows that one of the most effective elements lithium can come forward in such role [9] Mixture in to the alloy of lithium promotes mechanical properties and corrosive firmness the limit of fluidity and durability hardness rises in particular treatment gets better cutting [11] Lithium in steels and alloys having a high cognation to oxygen sulphur and phosphorus used for degassing and also for bundle sulphur and phosphorus [12 13] Introduction of lithium strengthens general desulfuration of alloy condense a structure near-by grains purges from phosphorus and excretions of oxide that the wearproofness promotes in an aggregate

Thus supposition is done that known and used by us in previous researches [14 15] the eutectic alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr for

38

the increase of firmness of cutting instrument at treatment of materials at alloying his lithium can give an additional positive effect in relation to firmness of cutting instrument

It should be noted that lithium with a groundmass (by iron) does not co-operate practically It follows from literary information that lithium does not dissolve in hard iron Boiling lithium (boiling point 1370 Co) erose the iron but diffusions of lithium in iron to 1200 Co it is not observed [12]

Like does lithium co-operate with a carbon which only at a temperature 165 Co forms an eutectic (at 01 on mass of lithium) [13] The analysis of diagrams of the state of lithium shows with a chrome and silicium that a to 5 (on mass) lithium does not have co-operation both in the liquid (two liquid liquids which are unmixed appear) and in hard state [13]

There is not information about co-operating of manganese with lithium We know well that a manganese without restriction dissolves in iron both in the liquid and in hard state thatrsquos why probability of co-operation of it with lithium absents practically Boride at co-operating with lithium in correlation 16 forms black powder Research X-ray structural show that powder is mixture of the coniferous of boride and unidentified boride of lithium [13] It is therefore impossible to do a certain conclusion neither about his composition nor about his structure

It is possible to draw conclusion from higher said that with basic components which form eutectic material of the system Fe-B-Mn-C-Si-Cr lithium does not co-operate practically what can not be said about harmful admixtures which appear in this alloy at his synthesis At co-operating of lithium with sulphur does the sulfide of lithium (Li2S) appear at the temperature of melting 975 Co [13]

Phosphorus with lithium forms two phosphides of LiP and Li3P at what Li3P has a hexagonal grate as Ni3As ( a=4273 Aring s=7594 Aring) [13] Lithium well co-operates with oxygen forming oxides Lio2 has a face-centered cubic grate as CaF2 (a=4602 Aring) Li2O2 has a tetragonal grate ( a=549 Aring s=776 Aring) [13]

From literary sources evidently that lithium links harmful admixtures intensively that substantially can promote the level of physical ndash mechanical properties of eutectic material

2 FEATURES OF TECHNOLOGY OF CAUSING OF WEARPROOF COVERAGE AN ELECTRO-SPARK ALLOYING

As known electro-spark treatment of metals in particular an electro-spark alloying of metallic surfaces is based on the use of the phenomena which accompany instantaneous liberation of electric energy This process is characterized the high temperature of incandescence of spark by ionization of interelectrode space

39

As at ESA the short at times impulses of electric current flow by duration from 10-3 to 10-5 seconds taking of heat on an electrode from the place of digit to periphery is not provided the heat-conducting of metal and due to it the small volumes of superficial layer are added sharp fluctuations in a temperature ndash from the temperature of boiling of metal of electrode to the temperature in a few ten of degrees

As a result of it at first the change of structure of superficial layer of metal takes place secondly the presence of high ionization of interelectrode interval creates necessary terms for flowing on the metallic surface of chemical reactions which causes the change of composition of superficial layer of metal

The result of ESA depends on

technological parameters (electric mode and specific time)

optimum combination of materials of electrode and processed good

external of the processed good environments

qualifications of operator

The electric mode which is determined the size of energy which is selected in an interelectrode interval influences on intensity of process of ESA that is why there is a necessity to manage this size in the operating setting of ldquoElitron-20rdquo The different modes of treatment which engulf the considerable range of powers both for realization of ldquoroughrdquo are for this purpose foreseen and high-precision processes of ESA

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimeters of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maхimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximum limit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

The different modes of treatment are used depending on requirements to the processing surface its cleanness wholeness thickness and porousity of the inflicted layer and also to the possible size of transitional area (thermal affected zone which is located under a superficial layer in which diffusive processes take place) On the minimum modes of treatment that than less energy of impulses of current the less is a thickness of layer got

40

in time unit on unit of surface but the top quality of the inflicted coverage The small thickness of transitional area (especially on the tempered materials) takes place in this case and the inflicted superficial layer is most closeness and his surface is cleaner in all Very often it follows to give advantages the fixed skims than to get thick layers which are more porous and more fragile The maximum modes of treatment (when more energy is selected in every single impulse) result in the transfer of greater portion of material Mainly the thickness of coverage makes 10200 mkm with the height of inequalities of type within the limits of Ra of =25100 mkm by a wholeness more than 80

In quality electrodes different condactive materials are used

The effect of ESA largely depends on external of good environments During working as a toolpiece which is fixed ESA by a method often intensification of the cutting modes is instrumental in the additional increase of firmness A not less value for achievement of positive results of application of ESA has qualification of operator To failings which arise up during unskilled labour flashing off of cuttings verges low wholeness and unevenness of coverage presence of humps belong and temperings

Taking into account it is all higher said in quality the sequence of works for ESA of cutting instrument and laboratory standards the following flowsheet was accepted (Fig 1) preparation of surface of the fastened good direct treatment of ESA of this surface on the certain modes of technological process control of quality of the inflicted coverage

Quality of the fixed layer of cutting instrument especially durability of his tripping with basis substantially depends on preparation of cutting verge of chisel The process of preparation of surface is included by two stages depriving of fat and tooling of surface for overcoating Depriving of fat carried out in well-known solvents (except for ethyl petrol to the acetone and others like that) After depriving of fat removed tracks of corrosion possible dross other contaminations by polishing and took a surface to metallic brilliance

As a result of numerous tests of process of ESA by an eutectic electrode on setting of Elitron-20 with different technological parameters the most optimum modes of causing of an electro-spark coverage were accepted on the cuttings edges of cutting instrumentcapacity of story condensers of C = 470 mkF amplitude of impulses of tension on the condensers of U = 42 B working current of Ip=5 A energy of high bit of W = 037 JouleSuch regime parameters are accepted as a result of the detailed analysis of influence of the factors described higher on the process of ESA

On the cutting instrument of electro-spark coverage after the given modes it is accepted the basic stages of technological process of causing

rapprochement an anode (to the electrode) is with a cathode (by good)

41

hasp of workpiece-to-electrode

decatenation from to the anode of drop of molten metal

explosion of molten drop

besieging of material an anode is on a cathode

a contact of electrode is with the surface of good

divergence of electrode is with the surface of good

Control of quality of the inflicted electro-spark coverage was carried out an external review and 4-10 x whether by magnifying glass (ГОСТ 8309-75)

Preparation of detail

Depriving of fat of surface

of detail

Avoil

Preparation of equipment is for causing of EIL

Choice of the modes of operations of EIL

Establishment

Cathode of detail is on a

metallic surface

Fixing in the

vibrator of Anode

electrode material

Rapprochement an anode is with a

cathode

-----------------------------

Causing of EIP is on a

detail

Control of quality of an electro-spark coverage

Magnifying glass

42

Fig 1 Technological flow-chart of causing of an electro-spark coverage

3 STRUCTURE AND BASIC PHYSICAL ARE MECHANICAL PROPERTIES OF ELECTRODE ALLOY AND WEARPROOF ELECTRO-SPARK COVERAGE

Erosive firmness of eutecticum alloys in the process of ESA depends on the row of physical and thermal constants of alloying elements which characterize force of interatomic connection and inflexibility of crystalline structure of alloy that those factors which influence on correlation of liquid and hard phases in the products of erosionWill mark that transference of electrode material at ESA is carried out actually in liquid and hard forms that promotes descriptions of mass transfer and improves quality of surface A presence in the structure of eutecticum alloy of fusible eutecticum is predetermined by an increase as compared to the tungsten alloy of erosion an anode and increase a cathode in 23 times The coefficient of transfer is here increased to 93 [ 16]

The fractographies of fracture of eutectic electrode alloy are presented on Fig 2 The fracture of alloy in swingeing majority has viscidly plastic character with the strongly ramified structure of surface

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimetre of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maksimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximumlimit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

a) b)

43

Fig 2 Fractographies of fracture of electrode eutectic alloy (a b) x 300 An image is in the second electrons

Spectroscopy researches of eutectic electrode alloy by the method of electronic spectroscopy rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles which was added an analysis In a spectrum there are all basic chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy Except for it high sensuality of method to the easy elements in the high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in very small concentrations

The standards of electrode alloy as fine-grained conglomerates for providing of reliable output of current pressed in in an indium The presence of indium in this spectrum is explained to intentional out-of-focus the probe of to 50 nm for determination of content of elements for the surfaces of fracture A form and size of peaks of oxygen and carbon (as to the antagonist of process of oxidization) allows to think about the low degree of oxidization of surface of fracture

Study of coarse-fine low power part of spectrum allowed to find out weak lances This phenomenon can be explained a segregation on-the-spot fracture of elements with high diffusive mobility such as sulphur and phosphorusIn the resulted spectrum of lance of electrons of iron imposed with high exactness on basic lances of manganese which does uttery difficult their division with the purpose of quantitative analysis

Complete record of distributing of chemical elements stabilizing of them served as a criterion on the depth of standard On border of distributing (transitional layer) formation of tape of oxide took place in the process of making of standard

By a X-ray phase analysis in the standard of electrode alloy found out four phases (table 1)

Table 1Crystalgeometrical of description of structural constituents in an electrode alloy

Phase Spatial

group Size of crystalline grate nm

а b С

1 - Fe Im3m 02867(1) - -

2 Fe3(CВ) Pbnm 04572(1) 05110(1) 06713(1)

3 Fe2B I4mcn 05115(1) - 04249(1)

44

Basic phase - α-Fe with the period of body-centred cube (BCC) grate ndash 2867(1)Aring For quantitative composition such phase is register the phase of type of cement carbide with a rhombic grate - Fe3(CB) (a=4572(1)Aring b=5110(1)Aring c=6713(1)Aring) Taking into account the difference of the resulted periods of grate in relation to such in clean Fe3C it costs to assume that in our case substituted for part of atoms of Fe other atoms (Mn Cr)The third registered phase in a feedstock for an electro-spark alloying was a tetragonal phase of boride iron - Fe2B (a=5115(1)Aring s=4249(1)Aring)Other lines (tabl1) which remained on the diffractogram of initial standard satisfactorily index within the framework of rhombic structure of isomorphic cement carbide in which substituted for a carbon silicium - Fe3(SiB) (a=4468(1)Aring b=5335(1)Aring s=6670(3)Aring)It should be noted that there is a two-bit of austenite in a standard however much all his lances coincide with the strong imprints of other registered phases

Thus as a result of researches of structural constituents of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li and it basic physical ndash mechanical properties it is set that the eutectic of Fe-B-C will be realized in this system Will mark as chance offers that the basic system Fe-Mn-C-B has two eutectic areas [6] the eutectic of Fe-Mn-C and Fe-B-C can be realized in whichTherefore given higher in a table a 1 phase composition of eutectic electrode alloy substantially differs from phase composition of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr (is there a presence in the α - Fe and γ - Fe manganese carbide of iron of Fe04Mn36C and Fe3C) which was used for causing of ESC during the leadthrough of comparative researches of wearproofness of instrumental steels Concerning ESC got from the eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li it should be noted that phase composition of such coverage is adequate phase composition of eutectic electrode alloy but structurally ESC and in this case has the appearance of ldquowhite layerrdquo

The characteristic type of the inflicted electro-spark coverage with the use of eutectic electrode material is rotined the method of ESA on Fig3

Fig 3 General view of electric spark coverage of inflicted ESA (x 70)

4 Fe3(SiB) Pbnm 04468(1) 05335(1) 06670(3)

45

Erosive fossulas which appear under an action on metal ground of high bits take shape which depends on the diameter of electrode and angle of his slope to the plane of basis The diameter of fossulas made 05hellip08 mm depth of penetration in basis of 80 ndash 120 mkm width of the thermal affected (TIZ) of 70hellip100 mkm zone Within the limits of TIZ there is growing of grain shallow under the action of a spark digit The same and also by the involuntary extrass of material outside a fossula the presence of microcracks is explained on the bottom of fossula and them too uneven microrelief

On the next stage of researches conducted the estimation of tribocharacteristic of an electro-spark coverage (ESC) on the machine of friction of СМЦ ndash 2 which was carried out at the friction of chisel with a counterbody at different speeds (6 ms and 9 ms) and loading 20 H Time made works 300 seconds The wearproofness of chisels was estimated after a gravimetric wear by coverages

Results rotined that maximum values of concentration of elements of the basic system Fe ndash Mn ndash C ndash B is chosen coming from possibility of receipt of alloys of eutectic type in obedience to the diagram of the state [6]

Content of additional alloying elements (to the chrome silicon) is limited possibility of receipt of alloys with an eutecticstructure and enhanceable physical ndash mechanical properties of coverage which is well described in-process [6]

That touches an alloying element (to lithium) his introduction to composition of material less than 03 inadvisable because this concentration does not allow fully to remove (to link) harmful admixtures such as P S O2 that take place on borders of grains The effect of introduction of lithium goes down these in composition of electrode material

Exceeding of maximum value of lithium (115 on mass) also worsens the level of mechanical and operating properties of coverage due to appearance in his structure of free (unconnected) lithium because it practically does not co-operate with basic alloying elements It sharply

46

reduces descriptions of durability of alloy and worsens wearproofness of coverage

Optimum physical ndash mechanical descriptions of coverage from point of wearproofness take place at the following composition of components of electrode material C - 08 Mn ndash 35 B ndash 255 Si ndash 278 Cr ndash 975 Li ndash 085 Fe are other correlation of BLi is 31 Thus the high values of wearproofness are marked both in the case of application of steel of U8 and to steel of R6M5

CONCLUSIONS

1 Among eutectic alloys which are recommended for causing the method

of EIL after it physical-mechanical by descriptions a main place is

occupied by materials of the system Fe ndash Mn ndash C ndash B alloyed different

additions which promote their hardness corrosive firmness and

wearproofnessTo the lacks of the indicated systems behaves

circumstance that at the synthesis of these coverages such harmful

admixtures appear in their structure as sulphur oxygen phosphorus

and other which substantially reduce the level of official descriptions of

coverages as a result of their fragilityIntroduction of lithium to

composition such the coverages allows substantially to reduce

negative influence of harmful admixtures From literary information

evidently that lithium is a good deoxidant purges a structure from

phosphorus and promotes desulphuration of alloy that is why

introduction of it to the eutectic alloys can give a positive effect on the

increase of firmness of cutting instrument

2 Technology of receipt of wearproof coverage is offered by the method

of the electro-sparkle alloying with application of eutectic electrode

materials with the admixtures of lithium The optimum modes are set

for technologies of causing of a wearproof electro-spark coverage on

the cuttings verges of cutting instrument

3 Research of eutectic alloy by the method of electronic spectroscopy

rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles

which was added an analysis In a spectrum there are all basic

chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy

Except for it high sensuality of method to the easy elements in the

high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in

very small concentrations

4 X-ray phases did the analysis of eutectic alloy rotin the presence of

phases α- Fe Fe3(BC) Fe2B Fe3(SiB) At research of wearproof

47

coverage registered sciagraphy except for imprints α - Fe γ ndash Fe

maximums of oxide of Fe3o4 After the removal of superficial layer of

coverage of lance of the indicated oxide not registered Are there three

phase constituents on the diffractograms of the polished standards α -

Fe γ ndash Fe and Fe3(B C) Does the amount of austenite make thus ~

5

REFERENCES

1 ВерхотуровАД АлфинцеваРА РогозинскаяАА идр

Свойстваизносо-стойкихпокрытийизэвтектическихсплавовхром ndash

карбид Порошковаяметаллургия- 1984- 3- С 45-50

2 Электроискровое легирование стали безвольфрамовыми

сплавами Коваль-ченко МС Паустовский АВ Кириленко СИ

Середа НН Цыбань ВА Белобородов ЛН Порошковая

металлургия-1984-6-С 47-50

3 Голубец ВМ Пашечко МИ Принципы создания и особенности

формирования эвтектических покрытий из жидкой фазы ФХММ

ndash 1984-6-С 25-29

4 Голубец ВМ Долговечность эвтектических покрытий в

коррозионных средахndashК Наук Думка 1990 ndash 118 с

5 Глухов ВП Боридные покрытия на железе и сталиndash

КНаукДумка1970ndash208 с

6 Пашечко МИ Голубец ВМ Чернец МВ Формирование и

фрикционная стойкость эвтектических покрытий- К Наук

Думка1993 ndash 344 с

7 Пашечко МИ Голубец ВМ Способ получения эвтектических

термо-диффузионно-наплавленных покрытийМеталловедение и

термобрабметаллов- 1989-6-С26-30

8 Голубец ВМ Пашечко МИ Износостойкость покрытий из

эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-B ndashК Наук Думка- 1989ndash

160 с

9 Мальцев МВ Металлография тугоплавких редких и

радиоактивных металлов и сплавовМ Металлургия 1971-487 с

10 Голубець ВМ Білоус ОВ Триботехнічні властивості зміцнених

електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей

при точінні деревинних матеріалів Науковий вісник Збірник

48

науково-технічних праць ndash Львів УкрДЛТУ ndash 2002- Вип 122 -

С 107 ndash 116

11 Свойства лития Гришин ВК Глазунов МГ Аракелов АГ

Вольдейм АВ Македонская ГС ndash М Металлургиздат 1963 ndash

115 с

12 Хансен М Андерко К Структуры двойных сплавов ndash М

Металлургиздат 1962 Т2ndash 707 с

13 Эллиот РП Структуры двойных сплавовndash М Металлургия 1970

ndash 642 с

14 Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості

ріжучого інструменту Білоус ОВ Голубець ВМ Юга ОЙ Гасій

ОБ Науковий вісник Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ

століття наука освіта технології ndash Львів Престиж інформ -

1999- Вип 95 ndash С 239-245

15 Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні

деревини Білоус ОВ Голубець ВМ Гасій ОБ Юга ОЙ

Науковий вісник ndash Львів УкрДЛТУ 2000- 111 ndash С 88-89

16 Гасій ОБ Розробка евтектичних електродів для електроіскрового

зміцнення деталей машин і оснащення Автореф дисhellip канд техн

наук 050201 ФМІНАН України ndash Львів 1993 ndash 16 с

49

Inż BolestaJoanna Dr inż CzekalskiDariusz

Katedra Podstaw Inżynierii Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za

pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the

tracking plane in years 2006 ndash 2010

SUMMARY

The aim of the study concerns the statistical analisys of hourly values of the solar irradiance coefficient of variation on the tracking plane based on data provided by the Faculty of Production Engeenering of Warsaw University of Life Sciences in years 2006 ndash 2010 The registered irradiance measures expressed in Wm2 are conducted every minute in use of pyranometers on three different planes horizontal southern and tracking plane The effects of this consideration are helpful due to the efficiency evaluation of the tracking plane functioning and also to the elimination of measurement errors connected with the Sun ndash tracking device The improvement of solar heating systems efficiency comes along with the increasing interest in renewable sources of energy in which solar radiation energy considered as the clean green energy and practically unlimited stands for one of the most crucial positions in Poland

WSTĘP

Silna i rozwinięta gospodarka energetyczna stanowi fundament prawidłowego funkcjonowania zaroacutewno w sferze globalnej jak i lokalnej każdego państwa i regionu Jednak duży postęp technologiczny ktoacuterego następstwem jest coraz większe zużycie energii wiąże się także ze stałym zmniejszaniem się zasoboacutew nieodnawialnych źroacutedeł energii Obecnie obserwuje się dwie tendencje dotyczące gospodarowania energią Pierwsza z nich dotyczy poprawy efektywności wykorzystania konwencjonalnych źroacutedeł energii oraz racjonalnego ich eksploatowania Druga natomiast określa rozwoacutej gospodarki energetycznej w kierunku odnawialnych źroacutedeł energii (OZE) ktoacutery determinowany jest przez akty prawne Unii Europejskiej (Pakiet Klimatyczny tzw 3x20) bądź Protokoacuteł z Kioto czyli międzynarodowe porozumienie w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałania tzw globalnemu ociepleniu [1] [2] Najważniejszym źroacutedłem energetycznym warunkującym procesy w atmosferze Ziemi jest Słońce Jako źroacutedło energii Słońce cechuje się niewyczerpalnością zasoboacutew energetycznych oraz największym potencjałem

50

wykorzystaniaw większości miejsc na Ziemi co zaowocowało szybkim rozwojem solarnych systemoacutew energetycznych Aktualnie energetyka słoneczna opiera się na poprawie efektywności i sprawności urządzeń oraz systemoacutew instalacji solarnych cieszy się jednak niesłabnącym zainteresowaniem oraz pozostaje dynamicznie rozwijającym się przemysłem [3] [4]

CEL ZAKRES I METODYKA PRACY

Do celu i zakresu pracy należy wyznaczenie prezentacja oraz analiza godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności natężenia promieniowania słonecznego (irradiancji) padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w miesiącach lipcu i październiku lat 2006 ndash 2010 Materiałem źroacutedłowym jest baza pomiarowa zawierająca dane zarejestrowane ze stanowiska badawczego znajdującego się na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wspoacutełczynnik zmienności definiowany jest jako stosunek wartości odchylenia standardowego do średniego natężenia promieniowania słonecznego Rejestrowane co 1 minutę wyniki pomiaroacutew natężenia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera oraz parametry opisujące temperaturę wilgotność oraz prędkość wiatru zapisywane są jako dobowe pliki programu LBX W wyniku konwersji danych otrzymano bazę arkuszy kalkulacyjnych MS Excel z okresu rozważanych pięciu lat zawierających wartości zarejestrowanego natężenia promieniowania słonecznego Do przeprowadzenia analizy wyznaczonych w kolejnych etapach parametroacutew statystycznych obliczono prawdziwy czas słoneczny dla każdego odnotowanego lokalnego czasu wykonania pomiaru zgodnie z matematycznymi zależnościami W każdym z arkuszy kalkulacyjnych wyznaczono zadane zmienne godzinowe w odniesieniu do wyznaczonego prawdziwego czasu słonecznego przy wykorzystaniu funkcji statystycznych programu MS Excel Obliczono w rezultacie godzinowe średnie natężenie promieniowania słonecznego odchylenie standardowe medianę oraz wspoacutełczynnik zmienności

OBIEKT BADAŃ

Dane empiryczne będące podstawą do analizy wspoacutełczynnika zmienności rejestrowane są na stanowisku badawczym zlokalizowanym na Wydziale Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przedstawionym na fotografii 1

51

Fot 1 Stanowisko badawcze na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW (opracowanie własne 2010)

Pomiary całkowitego natężenia promieniowania słonecznego tj bezpośredniego i rozproszonego wykonywane są przy użyciu pyranometroacutew ktoacutere rejestrują wyniki z trzech roacuteżnych płaszczyzn poziomej południowej oraz nadążającej za pozycją Słońca Ponadto w skład stanowiska badawczego wchodzą czujniki temperatury wilgotności oraz parametroacutew wiatru Pomiary rejestrowane są w odstępach 1 minuty a następnie przewodowo przesyłane do odpowiednich konwerteroacutew i komputera gdzie jako przekonwertowane pliki programu LBX firmy LAB-EL zapisywane są jako pliki dobowe ktoacutere umożliwiają stały podgląd mierzonych parametroacutew według kryterioacutew czasu i wybranej ekspozycji także w formie obrazowej tj wykresoacutew Na fotografii 2 przedstawiono pracownię pyranometryczną z ktoacuterą zintegrowane jest stanowisko badawcze Elementem zasadniczym z punktu widzenia niniejszego artykułu jest pyranometr CM 3 dokonujący pomiaru natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca Na fotografii 3 przedstawiono pyranometr CM 3 znajdujący się na stanowisku pomiarowym na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW

52

Fot 2 Pracownia pyranometryczna WIP (opracowanie własne 2010)

Fot 3 Pyranometr CM 3 śledzący pozycję Słońca stanowisko WIP (opracowanie własne 2010)

WYNIKI ANALIZ I OBLICZEŃ

Przykładowe zestawienie wynikoacutew obliczeń wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca lipca roku 2010 zamieszczono w tabeli 1 Analogiczne opracowania wykonano dla wszystkich miesięcy lipca i października z lat 2006 ndash 2010 Wyniki badań uwidaczniają pewną tendencję dotyczącą zależności natężenia promieniowania słonecznego i wspoacutełczynnika zmienności Przy niskich wartościach natężenia promieniowania

53

słonecznego obserwuje się zaroacutewno wysokie wartości zmienności jak i bardzo niskie Wynika to z faktu iż dotyczy to dni o dynamicznie zmieniającym się zachmurzeniu lub o długotrwałych okresach pełnego zachmurzenia Warto zauważyć że przy wysokim stopieniu zachmurzenia dokładne śledzenie ruchu pozornego a w rezultacie pozycji Słońca nie skutkuje wzrostem odnotowanych sum promieniowania słonecznego

Tab 1 Wspoacutełczynnik zmienności lipiec 2010 (opracowanie własne)

Dzień

Godziny czasu słonecznego

6-7 7-8 8-9 9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

1 102

064

029

045 001 039 045 054 045 068 052 038 017

2 009

003

004

002 001 017 001 020 002 002 002 004 009

3 004

005

006

053 049 044 031 014 002 042 045 093 097

4 015

052

039

039 031 021 026 045 047 037 056 041 094

5 064

003

039

059 047 070 068 044 048 010 011 005 045

6 005

006

028

041 062 028 036 028 059 077 013 011 063

7 033

034

047

047 051 060 059 055 038 050 039 020 030

8 028

034

038

020 015 038 034 041 036 039 040 028 054

9 005

004

006

002 002 017 004 004 010 006 005 005 010

10 004

003

002

001 002 016 004 001 001 002 009 017 018

11 005

003

002

015 001 001 001 001 001 001 002 006 011

12 006

003

002

040 037 031 030 029 044 004 011 006 014

13 013

030

049

010 046 026 035 013 044 032 041 096 081

14 009

029

003

009 007 036 064 044 095 078 048 024 049

15 007

003

002

001 003 030 017 010 002 002 021 011 041

16 060

040

050

004 001 014 031 006 022 021 059 070 020

17 007

004

002

001 030 030 035 021 012 052 017 009 053

18 059

062

039

035 057 024 012 043 023 021 025 064 051

19 025

016

031

052 021 022 029 011 023 027 037 041 036

20 11 09 02 029 023 047 069 048 028 034 025 057 057

54

3 3 7

21 009

004

028

017 018 038 042 025 014 004 024 047 050

22 008

004

002

001 001 001 001 021 001 003 004 009 025

23 012

004

002

001 001 001 004 042 027 039 032 073 052

24 044

076

085

054 039 018 034 046 047 045 082 054 080

25 053

085

041

032 035 034 051 054 036 077 078 018 071

26 033

025

046

016 021 021 032 041 016 022 031 035 023

27 030

023

044

016 013 014 027 016 032 026 023 036 053

28 049

045

021

030 030 037 047 034 048 034 038 070 059

29 019

065

027

033 052 039 077 059 054 032 017 028 047

30 048

035

068

039 033 035 036 027 044 028 031 047 026

31 062

082

034

045 043 044 040 101 052 039 036 024 089

Wykres 1 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu lipcu na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 11 do 12 Jednocześnie ilustruje on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wraz z upływem dnia od godziny 9 w lipcu rosną wartości wspoacutełczynnika zmienności

Wyk 1 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Lipiec 2006 - 2010

0

100

200

300

400

500

600

700

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

025

030

035

040

045

050

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

55

Na wykresie 2 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje w jakim stopniu wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepszym pod względem zmienności okazał się rok 2006 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego w poszczegoacutelnych godzinach

Lipiec 2006 - 2010

0

01

02

03

04

05

06

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

Wyk 2 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca lipca w danej godzinie czasu słonecznego (opracowanie własne)

Wykres 3 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu październiku na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 12 do 13 Jednocześnie przedstawia on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wartość wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca października na przestrzeni badanych lat osiąga relatywnie stałe wartości w godzinach od 9 do 15 Od wschodu Słońca do godziny 9 oraz od godziny 15 do zachodu Słońca obserwuje się gwałtowny wzrost zroacuteżnicowania wynikoacutew pomiaroacutew

56

Wyk 3 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Na wykresie 4 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje stopień w jakim wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepiej pod względem zmienności wypada rok 2010 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego

Wyk 4 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca października w danej godzinie czasu słonecznego

(opracowanie własne)

Wykres 5 przedstawia wyniki poroacutewnawcze wartości średniego natężenia promieniowania słonecznego na płaszczyźnie nadążnej miesięcy lipca i października na przestrzenia badanych pięciu lat od roku 2006 do 2010 Opracowanie dla miesiąca lipca przeprowadzano od godzin od 6 do 18 Poroacutewnanie obejmuje godziny od 7 do 17 według analizowanych godzin dla

Październik 2006 - 2010

0

50

100

150

200

250

300

350

400

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

030

040

050

060

070

080

090

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

Październik 2006 - 2010

02

03

04

05

06

07

08

09

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

57

października Godziny przed 7 oraz po 17 nie dają znaczących wartości do poroacutewnywania przy tak zroacuteżnicowanych miesiącach W przypadku obu miesięcy największe natężenie promieniowania słonecznego przypada na przedział czasowy od 11 do 12 godziny czasu słonecznego

Wyk 5 Poroacutewnanie średniego natężenia promieniowania słonecznego w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Krzywe na wykresie 6 opisują zmienność wynikoacutew badań dla analizowanych miesięcy w okresie pięciolecia Wyniki dla miesiąca lipca odbiegają nieznacznie od wartości oczekiwanych Znacząca roacuteżnica między zestawionymi miesiącami jest zauważalna w godzinach wczesno porannych oraz godzinach wieczornych

Wyk 6 Poroacutewnanie wspoacutełczynnika zmienności w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Lata 2006 - 2010

5074

59966337 6372 6432

6173 60325884

5386

4712

950

2308

2945

34673721 3767

3454

2809

1906

884

0

100

200

300

400

500

600

700

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

lipiec październik

Lata 2006 - 2010

022025

028031

036 037 036 037

039

034031

034 036 037

041

054

0

01

02

03

04

05

06

8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

lipiec październik

58

WNIOSKI

1 Energetyka słoneczna oraz inne odnawialne źroacutedła energii stanowią

alternatywę dla stale kurczących się zasoboacutew paliw wyczerpywalnych

Udział energii z OZE w gospodarce energetycznej jest ponadto

regulowany aktami prawnymi ustawami oraz dyrektywami Unii

Europejskiej

2 Przedmiotem rozważań była analiza zmienności natężenia

promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą

za pozycją Słońca w ujęciu wartości godzinowych Baza pomiarowa

obejmowała dane rejestrowane w latach 2006 ndash 2010 na Wydziale

Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie Przeprowadzone obliczenia

są pomocne w ocenie efektywności pochłaniania promieniowania

słonecznego

3 Lipiec na przestrzeni badanych lat charakteryzuje się wspoacutełczynnikiem

zmienności na poziomie 022 divide 037 natomiast w październiku

wartości oscylują w granicach 031 divide 054 Wyniki lipcowe świadczą

o roacutewnomiernym docieraniu promieni słonecznych do odbiornika

w ciągu badanego okresu W październiku zaś obserwuje się stały

charakter przebiegu krzywej wspoacutełczynnika zmienności w kształcie

litery U Wysokie wartości w godzinach porannych i wieczornych

wywołane są kroacutetszym niż w przypadku lipca czasem operacji

słonecznej

4 Dla obu rozpatrywanych miesięcy wspoacutełczynnik zmienności wraz z

upływem kolejnych godzin dnia rośnie Maksymalną wartość osiąga on

w lipcu w godzinie 13-14 oraz 15-16 i wynosi 037 natomiast

w październiku między godziną 15 i 16 woacutewczas roacutewny jest 054 Taka

roacuteżnica odzwierciedla roacutewnież przebiegi godzinowych wartości

średnich oraz sum natężenia promieniowania słonecznego w ktoacuterych

październik charakteryzuje się dużą niestabilnością warunkoacutew

atmosferycznych i pogodowych w stosunku do lipca gdzie obserwuje

się relatywnie podobny dla wszystkich 5 lat rozkład natężenia

promieniowania słonecznego w ciągu dnia

5 W prognozowaniu efektywności oraz rezultatoacutew działania solarnych

systemoacutew grzewczych i ich stabilności zasadnicza jest analiza

wspoacutełczynnika zmienności Im jest on wyższy tym w dalszej

perspektywie większe komplikacje w zaimplementowaniu i osiągnięciu

prawidłowego standardu działania słonecznych instalacji grzewczych

Na podstawie przeanalizowanych miesięcy widoczna jest zależność

59

między wpływem określonego momentu w roku oraz

charakterystycznych dlań warunkoacutew atmosferycznych (zachmurzenie)

na tę zmienną statystyczną

BIBLIOGRAFIA

1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 200928WE z dnia 23

kwietnia 2009 r w sprawie promowania stosowania energii ze źroacutedeł

odnawialnych

2 Protokoacuteł z Kioto do Ramowej konwencji Narodoacutew Zjednoczonych z

dnia 11 grudnia 1997 r w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałaniu

globalnemu ociepleniu

3 Pomierny W Możliwości wykorzystania energii promieniowania

słonecznego do celoacutew grzewczych w Polsce Centralnej Polska

Energetyka Słoneczna 12003

4 Kosieradzki J Kolektory słoneczne w polskich warunkach

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 62008

60

Brzezina Natalia

Warsaw University of Life Sciences

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold

SUMMARY

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI With its designation as a product of Protected Designation of Origin Styrian Pumpkin Seed Oil PGI joins the company of products such as Champagne Prosciutto di Parma Prosciutto di San Daniele Greek Feta Cheese and Nuumlrnberger Lebkuchen as one of the most well controlled elite and exclusive European specialities What is significatnt is that the whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

INTRODUCTION

Quality is an issue for every farmer and buyer whether dealing with commodities produced to basic standards or with the high-end quality products in which Europe excels EU farmers must build on high quality reputation to sustain competitiveness and profitability EU law lays down stringent requirements guaranteeing the standards of all European products In addition EU quality schemes identify products and foodstuffs farmed and produced to exacting specifications Thus three EU schemes known as PDO (protected designation of origin) PGI (protected geographical indication) and TSG (traditional speciality guaranteed) promote and protect names of quality agricultural products and foodstuffs

The Protected Geographical Indication (PGI) is the name of an area a specific place or in exceptional cases the name of a country used as a description of an agricultural product or a foodstuff

which comes from such an area place or country

which has a specific quality goodwill or other characteristic property attributable to its geographical origin

whose production processing or preparation takes place within the determined geographical area

In other words to receive the PGI status the entire product must be traditionally and at least partially manufactured (prepared processed OR produced) within the specific region and thus acquire unique properties

61

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI Therefore these regional ties should be preserved in order to protect this typical Styrian speciality Hence in 1996 the EU-Commision declared Styrian Pumpkin Seed Oil PGI as a Protected Geographical Indication with article 5 VO(EWG) Nr 208192 The whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

DESCRIPTION OF THE PRODUCT

The Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a dark viscous edible oil used mainly as salad oil Produced from Styrian pumpkin seeds (Cucurbita pepo var styriaca) which grow without skin using a gentle pressing process The oil is rich in polyunsaturated fatty acids and different highly nutritious ingredients

Styria is a state or Bundesland located in the southeast of Austria In area it is the second largest of the nine Austrian federal-states covering 16388 kmsup2 It borders Slovenia as well as the other Austrian states of Upper Austria Lower Austria Salzburg Burgenland and Carinthia The population (as of 2006) was 1203986 The capital city is Graz Styrian pumpkin seed oil is pressed exclusively in the traditional area in the southern Styria (administrative districts of Deutschlandsberg Feldbach Fuumlrstenfeld Graz and environs Hartberg Leibnitz Radkersburg Voitsberg and Weiz) and in the southern Burgenland (districts of Jennersdorf and Guumlssing) but the skinless pumpkin seed are also cultivated (but nor pressed) by the farmers form some parts of Lower Austria (administrative districts of Hollabrann Horn Mistelbach Melk Gaumlnseradorf - only in the judicial district of Zistersdorf- and Komeuburg-Stockerau - only in the judicial district of Stockerau)

The development of Styrian pumpkin seed oil is closely linked to the history of Styria It has been proved that oil was being pressed from pumpkin seeds as early as the 18th century The traditional pressing process and the cultivation of skinless pumpkin seeds developed in Styria Mechanisation of harvesting and processing also developed there

The predominantly moist warm climate in the cultivated areas (Illyrian lower alpine climate in Styria) means that the Styrian oil pumpkin does not ripen until autumn This produces the high unsaturated fatty acids content Cultivation plays a major economic role in the abovementioned areas maintaining the small farm structure there (cultivated area at present around 10 000 hectares) The production of Styrian pumpkin seed oil is an important employment factor and provides income for about 70 commercial

62

oil mills in adjacent areas threatened by depopulation Additionally the consumers prefer Styrian pumpkin seed oil

PRODUCTION TECHNOLOGY

Tradition plays an especially important role in the production of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI The farmers and oil pressers continue to depend on traditional production practices all the while mixing new technology with their traditional knowledge Because of this traditional philosophy the import of exotic pumpkin seeds is strictly avoided and only domestic pumpkin seeds are used in this product

It all begins with the sowing of the seeds in rows in the end of April or beginning of May The rows are spaced so that it is possible for a mechanical hoe to easily till the soil between them Depending on the weather conditions the harvest takes place between the middle of September and the middle of October When the seeds are planted on smaller fields they are still harvested by hand but when planted on larger fields the seeds are harvested by machines The yield reaches around 400 ndash 900kg pumpkin oil seeds per 1 hectare After they are harvested the seeds are directly washed and dried Then the dried and so well storable seeds are then freshly pressed when the oil is needed Approximately 25-3 kg of these shell-less pumpkin seeds are necessary for 1 Liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI

To the dried ground kernels fresh water and table salt is added to form a soft pulp The pulp is roasted for up to 60 min at temperatures around 100degC which results in coagulation of the protein fraction and permits convenient separation of the lipid fraction by pressing This roasting process is responsible for the generation of the typical aroma of the end product The subsequent pressing process is performed under isothermal conditions at pressures between 300 and 600 bar leading to a dark green oil as the end product Since the pressing process is not exhaustive the remaining pressing cakes still contain considerable amounts of the valuable oil Styrian pumpkin seed oil production is still predominantly handcraft and is performed mostly by small regional oil mills The individual small farmers bring in their dried pumpkin seeds and get back the oil as a service of the mill the latter being either paid or pocketing a small percentage of the product A few oil mills produce the oil after buying the pumpkin seeds from small farms in the region Some bigger farms have their own oil production Automated and continuous production exists only in the very early experimental state and is currently not of any quantitative importance However the latter approach is also undesired since one hallmark of Styrian pumpkin seed oil is its individuality and that it is handcraft As a consequence standardization over the dozens of oil mills and the hundreds of different products that are due to individual pumpkin seed batches is very difficult to achieve

63

CONTROL SYSTEM OF ORIGINALITY OF THE PRODUCT

In order to ensure the high quality of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI an efficient system of controls are in place that comprehensively monitor the domestic pumpkin seeds on their way from the field to the oil press and once in the bottle on to the shops shelves The system of controls depends on the internal controls of each producer in combination with external controls performed by the producers collective as well as by an accredited external organization Currently two companies LACON GmbH (Rohrbach) and SGS Austria Controll-CoGesmbH (Vienna) have the authority to conducta the quality control

DISTRIBUTION OF THE PRODUCT

According to information from the Ministry of Agriculture in Austria there are no concrete data on market shares of pumpkin seeds and pumpkin seed oil Also there are no figures on the export of these products because it does not pumpkins own goods number is Therefore it can be given to this subject at this point only some estimates The Styrian pumpkin seed oil production is marketed in to two-thirds directly by the farmers and in one third by the commercial rail The product is available in all Austrian supermarkets The gastronomy business plays also a relevant role as a key distribution channel According to producers the export share of pumpkin seed oil reaches around 20 percent of total production The main export target countries are as follows Switzerland and Germany and the Asian region The net prices of pumpkin seeds moves between 240euro and 260euro per kilo and one liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI costs about 17-20euro

PRODUCERSrsquo GROUP

An important role plays also the producersrsquo group called Gemeinschaft Steirisches Kuumlrbiskernoumll ggA The group was founded in 1998 and was at the time of the creation there were about 950 members (farmers and oil millers) Because of the strongly growing demand in recent years the membership increased significantly so in 2006 it was to around 1600 members and currently there are approximately 2100 members The major aim of the group is to concentrate on the precisely functioning of the control system to expand the knowledge about the product among consumers and to ensure the high quality of the product Therefore they organise several different events and meetings for variety of people Additionally many oil mills and pumpkin seeds producers run small restaurants with dishes containing the special oil

64

VARIETY OF USES OF THE PRODUCT

The scientists have proven that pumpkin seed oil contains many health benefits

antioxidants A C and E selenium and many phytosterols which help reduce the risk of arteriosclerosis heart disease stroke and cancer and regulate cholesterol levels It contains more vitamin E than sunflower corn or olive oil

vitamins B1 B2 B6 D

minerals such as calcium magnesium iron and phosphor zinc and a wide range of trace elements

high levels of essential fatty acids (second only to flaxseeds) producing prostaglandins which regulate heart rate blood pressure and inflammation and aid in fighting infections

significant amounts of vegetable protein

As a German folk medicine it has been used to treat irritable bowel syndrome and with castor oil to rid patients of intestinal parasites Preliminary studies have shown that pumpkin seeds may reduce the risk and alleviate symptoms of benign prostatic hyperplasia (BPH) and improve prostate health The German Federal Institute for Drugs and Medical Devices found that components of pumpkin seeds have positive effect on the bladder and prostate As a massage oil it purportedly relieves tension headaches muscle pain rheumatic problems sprains and redness As a cream it is used for dry skin care dandruff and is said to help prevent stretch marks

Moreover Styrian Pumpkin Seed Oil PGI can be used in a wide range of dishes including pumpkin seed oil scrambled eggs pumpkin seed oil spread sour sliced beef salad marinated fish or sheeps cheese pumpkin seed oil dumplings pork medallions with pumpkin seed oil butter pumpkin seed oil polenta steak with pumpkin seed oil salads ice cream with pumpkin seed oil pumpkin seed oil parfait pumpkin seed oil cake etc

CONCLUSION

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a true gift from nature It is a guaranteed natural speciality an is produced without the addition of other oils food colourings aromas or preservatives It has a typical and one of a kind character that comes from the Styrian ground it grows on The sun-rich climate as found in the South and East of Austria is in addition to the unique earth a prerequisite for obtaining the high quality of this product The production chain system of the Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is so accurately planned that it can be an ideal model of production for many other producers of foodstuff who want to be competitive in the market

65

REFERENCES

1 Fruhwirth G O Hermetter A Production technology and

characteristics of Styrian pumpkin seed oil Eur J Lipid Sci Technol

110 (2008) 637-644

2 Fruhwirth G O Hermetter A Seeds and oil of the Styrian oil pumpkin

Components and biological activities Eur J Lipid Sci Technol 109

(2007) 1128ndash1140

3 httpswwwdafneatproddafne_plus_commonattachment_download

c497124dba0fed0d5fc1e0292acdec05Endbericht_HCBPDF

30042011

4 httpenwikipediaorgwikiStyria 30042011

5 httpstmkagrarnetinfo 30042011

6 httpwwwLK-STMKat 30042011

7 httpwwwsteirisches-kuerbiskernoel-ggaat 30042011

66

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass

SUMMARY

The results of investigations of compaction of the milled biomass of eight plant species intended for energy spartina giant miscanthus topinambourpolygonaceous Virginia mallow willow rose and as well as maize were introduced in this work Milled plant material was compaction on investigative stand equipped in device with hydraulic piston which was steered by hydraulic attachment The experiments were performed at two duration and the pressures of compaction and the three phases of the pressure piston It was found that different combinations of the above-mentioned factors a very significant impact on the final density of milled biomass Susceptibility to compaction of biomass of individual plant species was varied From knowledge information follow recommendations which may be useful in practice for the pressure agglomeration of biomass in the form of pellets or briquettes

WSTĘP

Uzyskanie biopaliw stałych z roślin energetycznych wymaga zastosowania roacuteżnych procesoacutew rozdrabniania suszenia i ciśnieniowej aglomeracji Surowiec z roślin energetycznych należy do materiałoacutew charakteryzujących się dużą objętością przy małej masie Stwarza to problemy przy transporcie przeładunku oraz zwiększa potrzebny na duże powierzchnie magazynowe Aby w pełni wykorzystać zalety materiału z roślin energetycznych jako paliwa należy poddać go zagęszczaniu podczas ktoacuterego można wytworzyć końcowe produkty takie jak brykiety lub pelety Produkty takie są łatwiejsze w transporcie i mogą być potrzebne mniejsze powierzchnie do ich przechowywania Ponadto energetyczna jakość końcowa peletoacutew i brykietoacutew jest większa niż surowca (Hejft 2002)

W dostępnej literaturze znajduje się mało informacji o cechach i parametrach procesu niskociśnieniowego zagęszczania rozdrobnionej biomasy pochodzącej z roślin energetycznych Dlatego też celem pracy było wyjaśnienie wpływu ciśnienia i czasu zagęszczania oraz liczby faz obciążenia na zmianę gęstości zmielonego materiału spartiny preriowej ślazowca pensylwańskiego miskanta olbrzymiego kukurydzy wierzby wiciowej słonecznika bulwiastego rdestowca sachalińskiego i roacuteży wielokwiatowej

67

MATERIAŁ I METODY

W badaniach wykorzystano materiał organiczny z wierzby krzewiastej topinamburu ślazowca pensylwańskiego spartiny preriowej roacuteży wielokwiatowej rdestowca sachalińskiego miskanta olbrzymiego i kukurydzy Rośliny zebrano z poletek Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach ktoacutera należy do SGGW w Warszawie Do zbioru roślin zastosowano 2-rzędową przyczepianą sieczkarnię polową Z374 wspoacutełpracującą z ciągnikiem Ursus1234 z silnikiem o mocy 85 kW Toporowy zespoacuteł rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w gładką płytkę denną i proste łopatki rzutnika z ostrą krawędzią natarcia Przy prędkości kątowej tarczy 1047 s-1 i 10 nożach oraz prędkości zasilania 082 mmiddots-1 osiągnięto częstotliwości cięcia 167 Hz i teoretyczną długość cząsteczek materiału 49 mm

Zrębki lub sieczkę suszono w naturalnych warunkach do wilgotności 950-1385 i następnie zmielono rozdrabniaczem bijakowym wyposażonym w ekran perforowany z otworami o średnicy 10 mm

Na każdym etapie badań wyznaczono wilgotność materiału roślinnego metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13183-1 W tym celu 3 proacutebki materiału z każdej rośliny o masie 20 g zważone na wadze RADWAG WSP 600C z dokładnością 001 g suszono do stałej masy w temperaturze 105oC

Charakterystykę wymiarową zrębkoacutew lub sieczki bądź zmielonego materiału przeprowadzono na separatorze mechanicznym zgodnie z metodyką ASAE S4241 (ASAE Standard 2003) Do pomiaru rozkładu wymiaroacutew cząstek rozdrobnionego materiału użyto po 5 uśrednionych niezagęszczonych proacutebek o objętości 10 dm3 Czas przesiewania proacutebki kontrolowano stoperem a masę poszczegoacutelnych frakcji cząstek ważono na wadze elektronicznej z dokładnością 001 g Jeśli ilość resztek na sicie goacuternym przekraczała 1 całkowitej masy proacutebki reprezentatywną proacutebkę na tym sicie określono przez ręczny pomiar suwmiarką z dokładnością 01 mm Średnią długość cząstek wyznaczono jako średnią geometryczną Kosz sitowy poruszał się z częstotliwością 24 Hz a czas rozdzielenia każdej proacutebki wynosił 120 s Analizę rozkładoacutew wymiaroacutew cząstek pociętych i zmielonych podano w pracy Lisowskiego i inn (2010)

Zmielony materiał zagęszczano z wykorzystaniem hydraulicznego urządzenia zaprojektowanego w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie i wykonanego przez firmę Rockfin Sp z oo (rys 1-2) Urządzenie ma możliwość regulacji siły nacisku przez zmianę ciśnienia roboczego czasu trwania i liczby faz w cyklu roboczym liczby tych cykli a także zmiany średnicy tarczy dociskającej spełniającej rolę tłoka Urządzenie zagęszczające było podłączone do hydraulicznej przystawki napędowej firmy Rockfin Sp z oo

68

Przed właściwymi pomiarami zagęszczania przeprowadzono kalibrację systemu pomiarowego i jego skalowanie Pozwoliła ona na przekształcenie wartości w mV wskazywane przez przyrządy na określone wartości wielkości fizyczne drogi i ciśnienia wyrażone w odpowiednio w milimetrach i barach

Skalowanie przetwornika przemieszczeń przeprowadzono za pomocą podkładek dystansowych Za punkt 0rdquo ustalono dno cylindra zagęszczającego o wysokości 430 mm i średnicy 280 mm Na dnie cylindra układano stopniowo podkładki o grubości 50 mm do chwili gdy tłok osiągnął goacuterne położenie cylindra Dla każdej skokowej zmiany położenia tłoka rejestrowano wskazania miernika przesunięć i ciśnienia Na tej podstawie wyznaczono liniowe charakterystyki obu miernikoacutew Dla przetwornika przemieszczeń otrzymano roacutewnanie h = 0055U + 2092 R2 = 0999 a dla ciśnienia p = 0031U ndash 6341 R2 = 0999 (gdzie h ndash droga trzpienia przetwornika przemieszczeń w mm U ndash napięcie w mV p ndash ciśnienie w barach) Funkcje odwrotne wykorzystano do wyznaczenia wartości rzeczywistych

Porcję zmielonego materiału roślinnego o objętości 25 dm3 odmierzoną za pomocą naczynia miarowego z dokładnością 01 dm3 ważono z dokładnością 20 g Pojedyncza porcja materiału roślinnego podlegała cyklowi zagęszczenia według nastawionych parametroacutew ciśnienia i czasu trwania zagęszczania Skok tłoka rejestrowano przetwornikiem przemieszczeń co pozwoliło na wyznaczenie gęstości objętościowej materiału roślinnego Jeden cykl zagęszczania materiału składał się z trzech faz nacisku ktoacutere trwały 6 lub 10 s przedzielonych dwiema fazami przerw polegającymi na wycofaniu tłoka trwającymi 5 s Czas trwania jednego cyklu trwał 28 lub 40 s i kończył się całkowitym uniesieniem tłoka i wysunięciem płyty wraz z cylindrem

69

Rysunek 1 System sterujący pracą urządzenia i rejestrujący

wyniki pomiaroacutew

Rysunek 2 Tłok z czujnikiem przemieszczeń podczas

zagęszczania

Pomiar masy zmielonego materiału roślinnego o znanej objętości pozwolił na wyznaczenie gęstości usypowej

V

mm nnp

z

(1)

gdzie

mnp ndash masa naczynia z materiałem roślinnym kg

mn ndash masa naczynia kg

V ndash objętość naczynia m3

Podczas procesu zagęszczania zmienia się gęstość materiału w zależności od drogi tłoka Na podstawie tego można wyznaczyć średnią gęstość materiału ze wzoru

)( 0 hhS

m

(2)

gdzie

m ndash masa zmielonego materiału roślinnego kg

h0 ndash wysokość początkowa materiału w cylindrze m

S ndash pole przekroju poprzecznego cylindra m2

h ndash droga tłoka rejestrowana przetwornikiem przemieszczeń m

Do zagęszczania zmielonego materiału roślinnego zastosowano tarczę dociskową o średnicy 225 mm oraz ciśnienie zagęszczania 70 lub 190 kPa

70

ktoacuteremu odpowiada ciśnienie w siłowniku hydraulicznym odpowiednio 22 i 60 bar oraz siła nacisku na materiał odpowiednio 278 i 755 kN

Dla każdej z roślin wykonano po trzy proacuteby zmieniając w kombinacji czas i ciśnienie co łącznie dawało 12 pomiaroacutew dla każdego rodzaju materiału W sumie dla ośmiu roślin wykonano 96 pomiaroacutew

Urządzenie zagęszczające wspoacutełpracowało z komputerem wyposażonym w program sterujący (rys 1) Przetworzone sygnały pomiarowe z czujnikoacutew przemieszczenia i ciśnienia zapisywano na dysku komputera ktoacutere transponowano za pomocą napisanych makr na wartości wielkości fizyczne Dla każdego układu pomiarowego sporządzono wykresy zagęszczania będące charakterystykami zmian ciśnienia i przemieszczenia od czasu działania tłoka na materiał roślinny (rys 3)

Rysunek 3 Przykładowe przebiegi zmian zagęszczania rozdrobnionego materiału roślinnego czas zagęszczania 10 s czas odprężenia 5 s

ciśnienie zagęszczania 190 kPa p ndash ciśnienie h ndash wysokość warstwy materiału roślinnego A ndash początek zagęszczania B-C E-F H-I ndash czas zagęszczania przy stabilnym obciążeniu odpowiednio dla pierwszej drugiej i trzeciej fazy cyklu C-D F-G ndash cofnięcie tłoka (odprężenie

materiału) D-E G-H ndash ponowny nacisk tłoka na materiał roślinny I ndash koniec zagęszczania dla jednego cyklu

Dla każdego odcinka zagęszczania przy stabilnym obciążeniu tłoka B-C E-F H-I (faza cyklu) oszacowano roacutewnania regresyjne zmian gęstości materiału roślinnego od czasu (3 roacutewnania dla każdego cyklu) Parametry roacutewnań wykorzystano do wyznaczenia gęstości materiału na początku i końcu ruchu roboczego tłoka oraz gęstości końcowej zagęszczonego materiału roślinnego w cylindrze Otrzymane wartości gęstości dla zmielonego materiału roacuteżnych roślin oraz dla ciśnienia zagęszczenia (70

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h m

m p

bar

A

BC

D

E F

G

H I

71

i 190 kPa) czasu nacisku (6 i 10 s) i fazy cyklu (1 2 3) opracowano metodami analizy statystycznej z wykorzystaniem pakietu komputerowego Statistica v90

WYNIKI I DYSKUSJA

Na podstawie wynikoacutew analizy wariancji (tab 1) można stwierdzić że na zroacuteżnicowanie wartości gęstości materiału miały statystycznie wysoce istotny wpływ wszystkie czynniki głoacutewne rodzaju rośliny ciśnienie czas i faza zagęszczania Interakcje podwoacutejne i niemal wszystkie potroacutejne okazały się statystycznie istotne Interakcja potroacutejna ciśnienie - czas - faza dla ktoacuterej krytyczny poziom istotności wynosił 0056 była na granicy istotności

Tabela 1 Wyniki analizy wariancji dla końcowej gęstości biomasy w zależności od badanych czynnikoacutew

Czynnik Suma

kwadratoacutew

Liczba stopni

swobody

Średni kwadrat

Wspoacutełczynnik Femp

Krytyczny poziom

istotności

Czynniki głoacutewne

A roślina 157120 7 224457 1636 gt00000

B ciśnienie 155199 1 221712 1616 gt00000

C czas 628692 1 449066 3273 gt00000

D faza 291251 2 291251 2123 gt00000

Interakcje

AtimesB 157120 7 224457 1636 gt00001

AtimesC 155199 7 221712 1616 gt00001

AtimesD 628692 14 449066 3273 gt00001

BtimesC 291251 1 291251 2123 gt00001

BtimesD 688352 2 344176 2509 gt00001

CtimesD 114929 2 574644 4188 gt00001

AtimesBtimesC 117917 7 168453 1228 gt00001

AtimesBtimesD 944091 14 674351 492 gt00001

AtimesCtimesD 983682 14 70263 512 gt00001

BtimesCtimesD 803321 2 40166 293 00560

AtimesBtimesCtimesD 182485 14 130347 095 05065

Reszta 259313 189 137202

Ogoacutełem 209341E6 284

Na podstawie wynikoacutew szczegoacutełowej analizy przeprowadzonej testem Duncana można stwierdzić że najmniejszymi wartościami gęstości cechował się zmielony materiał topinambura i ślazowca pensylwańskiego tworząc grupę jednorodną dla tych roślin (tab 2) Klejoną grupę jednorodną

72

utworzyły wartości gęstości zmielonego materiału miskanta i rdestowca Dla pozostałych roślin wyodrębniono indywidualne grupy wartości gęstości zmielonego materiału

Tabela 2 Test Duncana dla czynnika roślina

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

Roślina

topinambur 33 172152 207065 X

ślazowiec 36 173912 195222 X

miskant 36 184423 195222 X

Rdest 36 187346 195222 X

kukurydza 36 236196 195222 X

spartina 36 248142 195222 X

wierzba 36 354262 195222 X

roacuteża 36 379467 195222 X

Na podstawie szczegoacutełowej analizy wartości średnich gęstości zmielonego materiału roślinnego można stwierdzić że statystycznie istotnie roacuteżniły się one dla kolejnych faz zagęszczania (tab 3)

Dla poszczegoacutelnych czynnikoacutew głoacutewnych i ich poziomoacutew obliczono średnie wartości gęstości końcowej zgęszczonego materiału roślinnego (tab 4) W tabeli tej zestawiono roacutewnież wartości błędoacutew standardowych i zakresy zmienności gęstości obejmujące 95 rozkłady średniej z proacuteby Dla poszczegoacutelnych roślin wyznaczono gęstość początkową będącą gęstości nasypową i w odniesieniu do końcowej gęstości zagęszczonego materiału obliczono przyrost gęstości w procentach

Tabela 3 Test Duncana dla czynnika faza zagęszczania

Faza Liczebność Średnia kgmiddotm-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

1 95 220452 120479 X

2 95 249228 120479 X

3 95 256282 120479 X

73

Tabela 4 Gęstość początkowa i końcowa zmielonego materiału oraz dolne i goacuterne wartości zakresu gęstości wraz z błędami standardowymi dla

czynnikoacutew głoacutewnych

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3

Błąd standardowy

kgmiddotm-3

Dolna wartość

kgm3

Goacuterna wartość kgmiddotm

-3

Gęstość nasypowa

kgmiddotm-3

Przyrost gęstości

Średnia ogoacutelna

285 241987

roślina

Topinambur 33 172152 207065 168067 176236 10275 67

ślazowiec 36 173912 195222 170061 177763 7233 240

Miskant 36 184423 195222 180572 188274 6583 180

Rdest 36 187346 195222 183495 191197 11823 58

kukurydza 36 236196 195222 232345 240046 9447 150

spartina 36 248142 195222 244291 251993 6834 263

wierzba 36 354262 195222 350411 358113 19201 84

roacuteża 36 379467 195222 375616 383318 26451 43

ciśnienie

70 144 220166 0976112 218241 222092

190 141 263808 0991247 261853 265764

czas

6 141 234510 0991247 232555 236465

10 144 249465 0976112 247539 25139

faza

1 95 220452 120479 218075 222829

2 95 249228 120479 246851 251605

3 95 256282 120479 253906 258659

Analizując całościowo otrzymane wyniki badań można stwierdzić że najmniejszą gęstość końcową 1561 kgmiddotm-3 uzyskano dla zmielonego materiału topinambura przy ciśnieniu zagęszczania 70 kPa i czasie zagęszczania 6 s a największą 4037 kgmiddotm-3 dla roacuteży przy parametrach 190 kPa i 10 s

Wystąpiła też prawidłowość że jeśli ciśnienie oddziałujące na materiał było stałe to gęstość wzrastała tylko do charakterystycznego dla danej materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu obciążenia nie wpływało już istotnie na zagęszczanie (Hejft i Obidziński 2007)

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian ciśnienia w zakresie 70-190 kPa cechował się materiał kukurydzy ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2059 kgmiddotm-3 do 2665 kgmiddotm-3 (o 29) a najmniejszą materiał ślazowca (z 1626 kgmiddotm-3 do 1882 kgmiddotm-3 czyli o 16)

74

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian czasu obciążenia w zakresie 6-10 s cechował się materiał spartiny ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2237 kgmiddotm-3 do 2718 kgmiddotm-3 (o 21) a najmniejszą materiał roacuteży gdyż gęstość praktycznie nie zmieniała się i wynosiła około 3795 kgmiddotm-3 Zmiana gęstości końcowej zagęszczanego materiału ślazowca była roacutewnież w zakresie błędu pomiarowego i wynosiła około 1739 kgmiddotm-3

Dla miskanta olbrzymiego kukurydzy i ślazowca pensylwańskiego przy zagęszczaniu biomasy przez czas 6 s w pierwszej fazie nacisku tłoka oddziaływanie obciążenia było zbyt kroacutetkie i nie wystąpiła stabilizacja zagęszczania (rys 4a) Zjawisko takie miało miejsce zaroacutewno przy ciśnieniu 70 kPa jak i 190 kPa Dopiero przy 10 sekundowym zagęszczaniu we wszystkich trzech fazach następowała stabilizacja ale w pierwszej fazie nacisku tłoka czas tej stabilizacji był kroacutetszy niż przy kolejnych (rys 4b) Dla rdestowca topinambura oraz wierzby brak stabilizacji zagęszczania w pierwszej fazie obciążenia zaobserwowano tylko podczas kroacutetkotrwałego nacisku tłoka 6 s i przy największym ciśnieniu 190 kPa (rys 5) Dla zmielonego materiału roacuteży występowała kroacutetka stabilizacja już podczas pierwszej fazy nacisku (rys 6) W przypadku spartiny preriowej w żadnym przypadku nie następowała stabilizacja w pierwszej fazie a przy ciśnieniu 190 kPa i czasie obciążenia 6 s nawet w drugiej fazie nacisku tłoka nie osiągano stabilizacji zagęszczenia (rys 7)

Mimo że obciążenie biomasy tłokiem odbywało się przy stałym ciśnieniu utrzymywanym zaworem proporcjonalnym to w zakresie charakterystyki dynamicznej zaworu występował wzrost gęstości materiału Spowodowane było to relaksacją naprężeń między jego cząsteczkami Ta relaksacja naprężeń zwiększała się po cofnięciu tłoka po fazie zagęszczania i materiał nieznacznie się rozprężał W kolejnej fazie nacisku dochodziło do dalszego wzrostu zagęszczania materiału Znacznie większe roacuteżnice między gęstości materiału zachodziły przy większym ciśnieniu zagęszczania (190 kPa) niż przy mniejszym (70 kPa)

Dynamika zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślinnego była większa dla czasu zagęszczania 10 s niż dla 6 s i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wynosiła odpowiednio 223 i 172

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

75

Rysunek 4 Charakterystyka zagęszczania przy ciśnieniu 70 kPa dla a) kukurydzy w czasie 6 s b) miskanta w czasie 10 s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

Rysunek 5 Charakterystyka zagęszczania materiału rdestu w czasie 6 s a) przy ciśnieniu 70 kPa b) przy ciśnieniu 190 kPa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h m

m p

bar

h

p

h_1h_2h_3

Rysunek 6 Charakterystyka zagęszczania materiału roacuteży przy

ciśnieniu 70 kPa w czasie 6 s

Rysunek 7 Charakterystyka zagęszczania materiału spartiny

przy ciśnieniu 190 kPa w czasie 6 s

Największe zmiany w wartościach gęstości zmielonego materiału roślin wystąpiły w pierwszej fazie nacisku tłoka i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wskaźnik dynamiki zmian gęstości wynosił 146 a w zakresie zmian czasu zagęszczenia 6-10 s wynosił 161 Dla drugiej i trzeciej fazy zagęszczania wskaźnik dynamiki zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślin był podobny ale dla obu faz w zakresie zmian badanego ciśnienia cechował się większą progresją niż w zakresie zmian czasu zagęszczania i wynosił odpowiednio 222 i 24

Na podstawie wynikoacutew zamieszczonych w tabeli 1 można stwierdzić że najbardziej podatnym materiałem na zagęszczanie była spartina preriowa W odniesieniu do gęstości nasypowej przyrost gęstości końcowej zmielonego materiału spartiny preriowej wynosił 263 Był to jedyny materiał ktoacutery zachował progresję zmian gęstości aż do drugiej fazy zagęszczania co uzasadnia potrzebę wydłużania czasu obciążenia Zmielony materiał spartiny zawierał największy udział (47) cząstek najmniejszych poniżej 165 mm (Lisowski i in 2010) Tylko nieznacznie

76

mniejszą podatnością na zagęszczanie cechował się zmielony materiał ślazowca (240) Kolejno w rankingu podatności na zagęszczanie zajęły miejsca materiały miskanta (180) kukurydzy (150) wierzby (84) topinamburu (67) rdestowca (58) i roacuteży (43)

Zmielony materiał roacuteży miał największą gęstość nasypową (2645 kgmiddotm-3) gdyż średni wymiar cząstek wynosił 246 mm (Lisowski i in 2010) co umożliwiało łatwiejsze upakowanie cząstek w stanie zsypnym Dlatego też nie było zbyt wiele wolnych przestrzeni pozwalających na przesunięcie i zagęszczenie cząstek pod wpływem zewnętrznego obciążenia Roacuteża zawierała dużą ilość tkanek zdrewniałych z twardym rdzeniem ktoacuterego zgniecenie nie było możliwe pod wpływem nacisku o stosunkowo małym ciśnieniu 190 kPa

Materiał wierzby zawierał roacutewnież dużą ilość tkanek zdrewniałych ale wymiary cząstek były większe (313 mm) i ze względu że roślina była zbierana w cyklu jednorocznym to zawierała dużą ilość długich części włoacuteknistych (Lisowski i in 2010) Mieszanina zmielonego materiału wierzby była pod względem wymiaroacutew cząstek mniej jednorodna niż roacuteży Zawierała ona więcej wolnych przestrzeni i dlatego gęstość nasypowa była mniejsza niż dla roacuteży i wynosiła 1920 kgmiddotm-3 Pod wpływem poroacutewnywalnego obciążenia zmielony materiał wierzby zagęścił się do zbliżonej wartości (3543 kgmiddotm-3) jak roacuteży (3795 kgmiddotm-3) ale przyrost zagęszczenia był niemal dwukrotnie większy

PODSUMOWANIE

Na podstawie wynikoacutew badań można stwierdzić że charakterystyki zagęszczania zmielonego materiału z roślin energetycznych były zroacuteżnicowane dla rodzaju rośliny i statystycznie istotny wpływ na gęstość końcową biomasy miało zaroacutewno ciśnienie jak i czas zagęszczania Biomasa pochodząca z traw o małej gęstości nasypowej była bardziej podatna na zagęszczanie ale w celu ustabilizowania się zagęszczenia wymagała dłuższego czasu obciążenia

Zdrewniała biomasa roacuteży i wierzby ze względu na dominujący udział ścian komoacuterkowych zbudowanych z ligniny powiązanych celulozą i hemicelulozą cechowała się dużą twardością i mniejszą plastycznością dlatego też przyrost gęstości końcowej zagęszczonego materiału był najmniejszy w stosunku do gęstości nasypowej

Potwierdzono że przy stałym ciśnieniu działającym na biomasę gęstość wzrasta tylko do charakterystycznego dla każdego materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu nie wpływa już istotnie na zagęszczanie

Zmielony materiał roacuteży i wierzby może być zagęszczany przez 10 s ale dążąc do zwiększenia gęstości końcowej biomasy wskazane byłoby zastosowanie ciśnienia co najmniej 190 kPa

77

Zmielony materiał spartiny o najmniejszej gęstości nasypowej powinien być zagęszczany przez co najmniej 30 s Biomasa tego rodzaju jest najbardziej wrażliwa na wydłużenie czasu obciążenia

Zmielony materiał z pozostałych roślin (miskant topinambur ślazowiec rdestowiec kukurydza) może być zagęszczany przez 20 s gdyż dalsze wydłużenie czasu wywierana nacisku nie zmienia w sposoacuteb istotny gęstości końcowej biomasy

Największe zmiany gęstości biomasy uzyskano w kolejności dla spartiny preriowej (263) ślazowca pensylwańskiego (240) miskanta olbrzymiego (180) kukurydzy (150) wierzby wiciowej (84) słonecznika bulwiastego (67) rdestowca sachalińskiego (58) i roacuteży wielokwiatowej (43)

LITERATURA

1 ASAE Standards 2003Method of determining and expressing

participle size of chopped forage materials by screening ASAE S4241

In ASAE Standards 2003 American Society of Agricultural Engineers

St Joseph Michigan 2 February 03 s 595

2 HEJFT R 2002 Ciśnieniowa aglomeracja materiałoacutew roślinnych

Politechnika Białostocka Białystok 2002 ss 257 ISBN 83-7204-251-

9

3 HEJFT R OBIDZIŃSKI S 2007 Produkcja granulatu i brykietoacutew

w aspekcie cech jakościowych (Production of pellets and briquettes in

aspects of quality characteristics) Czysta Energia 2007 6 (56) ISSN

1643-126X PNndashEN 13183ndash1Wilgotność sztuki tarcicy Część 1

Oznaczenie wilgotności metodą suszarkowondashwagową

4 SKONECKI S 2004 Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania

materiałoacutew roślinnych Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej

w Lublinie 2004 ss 89 ISSN 0860-4355

78

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of automatic and robotic systems by academician (Ukraine)

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production

ABSTRACT

The synthesis of digital controllers operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system of biogas installation is considered The comparative characteristics of automatic control systems based on PID-controller and fuzzy controller are outlined

INTRODUCTION

Currently much attention is paid to the development and use of alternative energy sources One of the ways of supplement and partial replacement of traditional fuel kinds in rural areas is biogas use Biogas is a gas that is released during decomposition of organic substances Unlike natural gas it can be obtained in industrial conditions by fermentation of organic waste and specially grown energy crops Biogas consists of 50-70 of methane (CH4) and 50-30 of carbon dioxide (CO2)

Being close to natural gas characteristics biogas can be used for the same purpose (production of electricity heat as automobile fuel etc) and with proper clearance is identical to his staff The actuality of this research makes the following a reduction of technological environmental

alternative energy supply of cattle farms production of the high quality

organic fertilizers organic waste recycling germinating ability reduction of weed seeds organic waste processing etc

The analysis of recent research shows that in spite of the large number of publications concerning the creation and use of biogas facilities [1-3] nowadays the adaptive systems of temperature control in facilities for biogas production are not fully developed Due to the growing relevance of research topic the aim is to consider the issues of digital controller operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system in biogas facilities

THE RESEARCH OBJECTIVES

The main task of designers during the creation of biogas installation control system is to maintain a constant temperature throughout the bioreactor capacity Depending on the substrate temperature methanogenic bacterias

79

are psihofilic that can live at a temperatures between +5 deg C to +20 deg C mesophilic living at temperatures from +30 deg C to +42 deg C thermophilic living at temperatures from +54 deg C to +56 deg C Methanogenic bacteria breed very slowly and do not stand sudden temperature changes Any sudden changes in temperature adversely affect the fermentation process Each mode of fermentation is tolerable to the temperature fluctuation between plusmn 3 degC Metabolic activity of the anaerobic bacteria is directly dependent on environmental temperature According to recent research while increasing the temperature and gas output decomposition of organic matter increases too When the temperature decreases to 15 degC the fermentation process stops completely [3-5] The prompt temperature decline in bioreactor occurs during loading a new substrate especially in wintertime It causes the need for adaptive temperature management system within bioreactor depending on the temperature of the substrate that is loaded

To develop an adaptive control system for bioreactor temperature the following tasks should be solved

to analyze and identify characteristics of the control object

to develop a mathematical model of adaptive systems with fuzzy regulator in facilities for biogas production

1 ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE CONTROL OBJECT

Technical options for realization biomass methanogenesis quite a lot from constructively simple not professionally manufactured units and ending with technologically perfect long-term continuous facilities using advanced and automated systems

Scheme of a typical industrial installation for the production and use of biogas irrespective of the method of fermentation involves the following technical equipment

tanks and equipment for the collection and preparation of raw materials

fermentation chamber with heating devices

tanks for biogas and gas installations with equipment for cleaning and counting the number of produced gas

containers for disposal and storage of masses perebrodyla

80

Fig 1 Schemebiogas plantwithcomposting

1 ndash farm 2 ndash pipeline from farm 3 ndash the previous tank 4 ndashfeeding the pipeline 5 ndashtank processed biomass 6 ndashdrain pipe 7 ndash camera for

fermentation 8 ndashswitch flame 9 ndashdesulfator 10 ndash dehidrator 11 ndashgas meter 12 ndashtop weight of showers 13 ndashfeeding pipeline 14 ndashpipeline for gas 15 ndashwater boiler 16 ndash fuse 17 ndashswitch flame 18 ndashgas tank 19 ndash

heater 20ndashpipelinesfor mixing 21 ndashcamera for manure 22 ndashcompost area 23 ndashfan 24 ndashtractor with loader + manure spreader

The optimal temperature for mesophilic fermentation of biomass is about 35 deg C This temperature impossible to receive even in summer so all biogas units typically have a heating device The most commonly used water heaters and sometimes - heat exchangers The cost of heat for keeping the fermentation process depends on the effectiveness of methane fermentation and as constructional solution tank for fermentation (thermal insulation) For heating water instead of biogas produced electrical energy is sometimes used getting it from the mains or from wind powerIn this biogas reactor using internal exchangers (in the form of cylinders or spirals placed in the center of the camera fermentatsiynoho tank) and regardless of the type exchanger the temperature of water flowing in them should not exceed 80 deg C which retains the biological process of fermentation

Biomass temperature in the investigated bioreactor regulating by changing the amount of hot water heaters in a heat exchangerIn this case the bioreactor as an object of temperature control as a regulatory body will have a crane in the main hot water from water heating boiler with radiators Constant temperature hot water provided by SAP water heating boiler valve opening leads to an increase in traffic through the hot water heater

81

and increase the amount of heat is supplied to the bioreactor and vice versa Governing action is formed by a temperature in the form of rotation

flaps to an angle valve φкр

Themaindisturbingactionsontheobjectofregulation causingthetemperaturechangeofbiomassin a reactorat a constantvalueofmanagingtheimpactφкр = constistheatmosphericconditions(temperature humidity etc)

Manageablesizeof theobjectisthe temperatureinside

thebiomassbioreatoruТв

Thusstructuraland functionalcircuitsbioreactoras an object ofregulationwill

look like

Fig2 Structural-functionaldiagram ofbioreactor

Forobjectmanagementin a systemof automatic controlbioreakorombiogas

plantcanuseanalog ordigitalPI-regulators Studyofthese-

regulatorsshowsthatthe transition in

thesystemareverylargereregulation(50) and largetimeadjustment(100 c) [5] Thereforethe implementationis more

suitablemesophilicfermentationregimeusingfuzzycontrollers

2 MODELING FUNCTION THE ADAPTIVE SYSTEM WITH FUZZY CONTROLLER INTO THE PLANT FOR BIOGAS

Functional diagram of the adaptive management system based on fuzzy logic is shown in Fig 3

The scheme consists of a comparator a fuzzy controller FC facility management and CO feedback

Fuzzy-controlerconsists three main parts - fuzzyficatio block the formation of logical decision inferenceand the block where defuzzyfication

BIOREACTOR

F

φкр Tв

82

Fig 3 Functionaldiagramofthe adaptivemanagement

Fuzzy controller FC practicallyimplementedon

a microcomputer(ormicroprocessor) and runsin a discrete mode because automatic control systemwithfuzzycontrollercontainsmicrocomputerdevicewiththe

objectmanagement- analog-digital converterADCanddigital-

analogconverterDAC(see Fig 4 whichshows a block diagram ofcontrol

systemwithfuzzycontrol)

ADCdivides thecontinuous failure )()()( txtut of thedivisionstepIAsthe

first andsecondderivativesof theerrorsare usuallycalculatedfirst

andseconddifferenceinformulas

hkkk )]1()([)(

2)]2()1(2)([)]1()([)( hkkkhkkk -

quantizederrorat the inputADC DACwas

theusuallyzeroorderreleaseof thetransfer function sesH hs )1()(

Fig 4 Blockdiagramofadaptivecontrolwithfuzzy controller FC

Let us note some features of fuzzy controller FC operates in discrete mode so every step of the quantization hit must take the necessary deductions FC handles all input variables so it can provide

u(t)

FC Comparator

Fuzzy controller

Box of defuzzy-fication

Box of fuzzy-ficatio

CO x(t)

u(t)

G0(s)

x(t) FC

H(s)

Estimat

e

Retainer DAC

Control

Object

θ(t)

h

θ(k) m(k) m(t)

(k)

(k)

83

additional variables that characterize the processes in facility management and thus provide a wider effect on the dynamics of control FC system usually stand in the ratio of modified object management due to the nature of fuzzy rules of operation Traditional methods describe the regulators for example using transmission functions for FC are not appropriate and not necessary FC is nonlinear and its feature is the lack of dynamics in the FC Lack of memory and the procedure for designing and describing management process characterized by linguistic rules are the main features of FR

Fuzzy controllers are implemented in practice usually in the form of high-level software such as ldquoPassalrdquo which provides greater flexibility in their setup [6] The simulation results and test management system that includes fuzzy closed-loop controller may change the quantity ranges of linguistic variables membership function and modify the base rules in order to attract the expected result control

Fuzzycontrollersareof interestprimarilytomanageobjectsthat are

eithernotexposedorexposed toformalized descriptionandwith great difficulty but evenapplytodomainobjects forwhichmathematical modelsare obtained theseregulatorsare oftendominated byotherssothatallow

forbetterquality(fewer errorsin thetransitionandsetmodes) automatic

control systems

Forease ofsolution of the problemof synthesisof fuzzycontrollerwould

bethatthe numberof termsby which theestimatedlinguisticparameters (input andoutputparameters offuzzycontroller) the errorsystem speed

ofmeasurements(first derivative) of error acceleration(second

derivative) of error managementactsonan objectmminimum etc is 2

Reflectedranges ][ maxmin ][ maxmin ][ maxmin і ][ maxmin mm - changes

ininputandoutputparameters of a singleuniversalset Conversion of

a fixedvalue ][ віHii xxx eachlinguisticvariable 4nn1ixi appropriate

element u [01] determinedthe

expression )()( НівіНіii xxxxu bywhichwe find

)()(

)()(

)()(

minmaxmin3

minmaxmin2

minmaxmin1

u

u

u

(21)

)()( minmaxmin mmmmuc (22)

84

On thesetU = [01]Set thetwofuzzysubsets membership function(MF) arein a triangularshapeshownin Fig 5

ForanalyticalexpressionsproposeduseMF equationline

passingthroughpointswithcoordinates )u(і)u( 2211 whichareas

follows

)(])[()( 12122112 uuuuuu (23)

Then according toFig 5 we obtainthe followingMF foreachlinguisticvalue

]10[)(]10[1)( 21 uuuuuu (24)

Fig 5 Membership function

WhenfastingvirginsonFuzzy controller (FC) values ofinput

variables і intoquantizationstephcalculationvalues

321 іuuu

bythe formulas(21) andMF

21)( juj

the formulas(24)

Form thelinguisticcontrolrule(working normally) fuzzy controller in the form

If )(1

ja і )(2

ja і )(3

ja то )(

j

cam 21j (25)

wherejj

aa21

andj

a3-linguisticsketcheserrorrateof change(first derivative)

error ofthe second derivativeof errorare considered

85

asfuzzysetsdefinedonuniversalset 21 j j

ca -the linguisticevaluation

ofmanagementactionson theobjectarechosenfromthe set ofvariable-term т

Linguisticevaluationof thechosentermsetsandlinguisticvariables and

m

ijm negative(1) positive(2)

In otherwordsall ofthe signals(as defined above linguisticvariables) in

theautomatic control systemis

characterizedasnegative( 1j )orpositive( 2j )

Let )( i

j x the membership function parameter ][ віHii xxx fuzzy terms

2131 jiа j

i And )( оь

that depends on three variables

)( 321 xxx membership function parameters of the vector

solution (control action on the selected object) 21 jm jis determined

from the system of fuzzy logic equations

)()^()^()( 321321 xxxxxx jjjjm

(26)

Thus )( 321

1

xxxm

-membership functionoffuzzycontrolnegative

)( 321

2

xxxm

-the managementof themembership functionof fuzzy

setspositive The resultingfunctions for thecontrol actionin

accordancewith theworkingruleFR is recorded as

)()()( 321321321

21

xxxvxxxxxxmmm

(27)

Inexpressions(36) and (37) ^-logicaland v - logicalor

Dependingonlinguisticrulesupravlennya formalizedsystems

offuzzysets(26) membership functionof the control action

)(1 uс fuzzysetnegative valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

1

2

1

1

1 uuuA (28)

membership function and managing the impactof )(2 uс fuzzy setspositive

valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

2

2

2

1

2 uuuB (29)

The resultingfunctions for thecontrol actionon thebasis ofexpression(37) is defined as

86

)()()( 21 uvuu ccс (210)

that isgettingthe formation maximum(solidlineinFig 5)

)]()(max[)( 21 uuu ccс (211)

Todeterminethe specific valueof the control actionis formed the resulting figure the resultinglimitedMF

We searchabscissacenter of gravity resultingfigurebythe formula[10]

N

k

kkkk

kkkk

N

k

kkkk

c

bbaa

baabaaaa

u

1

11

11

1

11

))((

])2()2)[((

(212)

where N - number of vertices ka kb - vertex coordinates transforming

shapes

Getting the value 1

cu based on formula (22) becomes the value of the

control action on the object management

cummmm )( minmaxmin (213)

CONCLUSION

Thus theoretically the possibility of improving the temperature control in the

bioreactor biogas plant based on fuzzy controller The mathematical model of temperature processes to increase productivity of biogas reactors with recycling of organic waste in the bioreactor based on the theory of fuzzy logic and linguistic variables Using this methodology takes into account the impact of qualitative and quantitative factors in the process of thermal stabilization of anaerobic processes Found that by the introduction of biogas plant biogas fuzzy controller to rise by over 10

REFERENCES

1 ГелетухаГГ МарценюкЗА

ЭнергетическийпотенциалбиомассывУкраине

Промышленнаятеплотехника minus 1998 minus 4 minus

С 52ndash55

2 СоуферС ЗаборскиО Биомассакакисточникэнергии Пер зангл

М Мир 1985 ndash 368 с

87

3 МовсесовГ Е

Биогазовыеустановкидляпереработкиорганическихотходовфермер

скиххозяйств Сотрудничестводлярешенияпроблемотходов

Материалы IV Международной конференции ndash Х ЭкоИнформ

2007 ndash С 176 ndash 179

4 Сербін ВА Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в

системах ТГВ Навч посібник ndash Макіївка ДонДАБА 2003 ndash 153 с

5 Гостьев ВИ Система регулирования температуры теплоносителя

на выходе смесителя нечеткими регуляторами

Радиоэлектроника Информатика Управление- 2005-2 ndash

С26-29

6 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

7 Панцхава ЕС Кошкин НЛ Биоэнергетические установки по

конверсии органических отходов в топливо и органические

удобрения Теплоэнергетика ndash 1993 ndash 4 ndash С 20ndash23

8 Ратушняк ГС Джеджула ВВ Підвищення продуктивності

біогазового реактора управлінням параметрами

вільноконвективнихпроцесів теплообміну Вісник Хмельницького

національного університету ndash 2006 ndash 2 ndash С 29ndash32

9 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

10 Гостьев ВИ Нечеткие регуляторы в системах автоматического

управления-К laquoРадиоаматорraquo 2008 - 972с

11 Fand RU Kaye J Acoustic streaming near a heated cylinder The

journal of the acoustical society of America ndash 1966 ndash Vol 32 5 ndash Р

579ndash 584

88

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł

Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym

WSTĘP

Rozpatrując specyfikę polskiego rolnictwa z dużą liczba właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych mamy do czynienia z dużą grupą użytkownikoacutew ciągnikoacutew rolniczych i pojazdoacutew napędzanych silnikami wysokoprężnymi często o niezbyt zaawansowanych rozwiązaniach technicznych Wielu z nich może zajmować się uprawą rzepaku na swoich polach a uzyskane w ten sposoacuteb nasiona można przetransportować do znajdującej się niedaleko tłoczni i otrzymać olej rzepakowy w zamian za dostarczony plon Taka grupa rolnikoacutew może zrzeszyć się w grupę producencką ktoacutera wykorzystywałaby naturalny olej rzepakowy w mieszaninie z olejem napędowym do zasilania własnych silnikoacutew wysokoprężnych omijając w ten sposoacuteb konieczność stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych silnikoacutew [Bocheński 2003] Stosując takie rozwiązanie rolnicy mogliby liczyć na obniżone koszty eksploatacji Do tego dochodzi ważny element a mianowicie zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez stosowanie bezpieczniejszego paliwa oraz ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie czy spalanie czystego oleju rzepakowego w poroacutewnaniu z olejem napędowym wykaże roacuteżnice w wytwarzaniu energii cieplnej przez silnik W pracy została zastosowana metoda nieinwazyjna pomiaru temperatury powierzchni przy użyciu kamery termowizyjnej VIGOcam V50 Wykonując pomiary termograficzne należy zwroacutecić uwagę na parametry materiałoacutew ktoacuterych zbudowany jest obiekt (emisyjność) oraz parametry otoczenia (temperaturę wilgotność) [Minkina 2004]

CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem samochodu osobowego marki Ford Fiesta 18 D wyposażonego w dodatkową instalację do zasilania silnika czystym olejem rzepakowym Przykładowy schemat układu adaptującego standardowy układ zasilania dla potrzeb zasilania silnika czystym olejem rzepakowym przedstawia Rysunek 1

89

Rysunek1 Przykładowy schemat układu zasilania dwupaliwowego

METODYKA BADAŃ

W ramach badań przeprowadzono dwie proacuteby określenia rozkładu temperatury zewnętrznej silnika wysokoprężnego zasilanego olejem napędowym oraz czystym olejem rzepakowym

pierwsza proacuteba była wykonana w ustalonych warunkach pracy silnika (silnik osiągnął wymaganą temperaturę pracy) i przy zmianach w rodzaju paliwa zasilającego silnik zmiany paliwa zasilającego układ wtryskowy były dokonywane w pewnych odstępach czasu w celu uzyskania pomiaroacutew na paliwie jednorodnym (czas ten był potrzebny do oproacuteżnienia pompy wtryskowej z pozostałości poprzedniego paliwa) fotografie pracującego silnika były wykonywane przez kamerę w odstępach czasowych 5 sekund

druga proacuteba polegała na pomiarze zmian temperatury zewnętrznej silnika od momentu rozruchu (zimny start) do osiągnięcia optymalnej temperatury pracy przez silnik na wybranym rodzaju paliwa zasilającego a w końcowej fazie trwania proacuteby następowała zmiana paliwa zasilającego przy tej proacutebie wykonano dwa pomiary pierwszy pomiar przy zasilaniu układu wtryskowego olejem napędowym a drugi

ndash przy zasilaniu czystym olejem rzepakowym zdjęcia pracującego silnika były wykonywane przez kameręw odstępach czasowych 5 sekund

90

Rysunek 2 Widok stanowiska na ktoacuterym wykonano pomiary rozkładu temperatury silnika

WYNIKI BADAŃ

Rysunek 3 Przykładowy termogram silnika z przeprowadzonych badań

91

Powyższy rysunek przedstawia obraz termograficzny pochodzący z kamery VIGOcam V50 Kolory jaskrawe (żoacutełty i pomarańczowy) odzwierciedlają temperatury wysokie na powierzchni bloku silnika i oscylują w przedziale 70-90 degC a roacuteżnym odcieniom fioletowego odpowiadają temperatury w granicach 30-50 degC

Rysunek 4 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem rzepakowym (dla całego obszaru silnika)

Rysunek 5 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem napędowym (dla obszaru wtryskiwacza)

WNIOSKI

1 Pomiar temperatury zewnętrznej powierzchni w skład ktoacuterej wchodzą elementy z roacuteżnych materiałoacutew za pomocą kamery termograficznej jest trudny do realizacji z powodu roacuteżnej emisyjności materiałoacutew z ktoacuterych wytworzony jest dany obiekt Roacuteżna emisyjność powierzchni

92

materiałoacutew jest głoacutewną przyczyną błędoacutew pomiarowych ktoacutere mogą wynieść nawet 30-40

2 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że temperatura maksymalna i średnia dla całego obszaru bloku silnika przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym była średnio wyższa o 3-5degC w poroacutewnaniu do pracy silnika na oleju napędowym

3 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że czas potrzebny do osiągnięcia przez silnik optymalnej temperatury pracy był kroacutetszy o około dwie minuty przy zasilaniu go olejem rzepakowym w poroacutewnaniu z olejem napędowym

LITERATURA

1 Bocheński CI Biodiesel - paliwo rolnicze Wyd SGGW Warszawa

2003

2 Lotko W Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami

węglowodorowymi i roślinnymi WNT Warszawa 1997

3 Minkina W Pomiary termowizyjne - przyrządy i metody Wydawnictwo

Politechniki Częstochowskiej Częstochowa 2004

4 Szlachta Z Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami rzepakowymi

WKIŁ Warszawa 2002

93

94

Evrenosoğlu Mehmet

Ege University Department of Agricultural Machinery Izmir (Turkey)

Mathematical modelling in silage mechanization

ABSTRACT

A mathematical model can be described as a system using mathematical language The process of developing a mathematical model is mathematical modelling Mathematical models are used not only in the natural sciences and engineering disciplines but also in social sciences physicists engineers economists statisticians operation research analysts use mathematical models most extensively Mathematical models can take many forms including but not limited to dynamical systems statistical models differential equations or game theoretic models A mathematical model usually describes a system by a set of variables and a set of equations that establish relationships between the variables In the field of agriculture many variables are non-linear and much harder to predict than any other fields This persuaded mathematical modelling to enter in to the fields of agriculture even faster In the present day almost all fields and parts of agricultural processes are modelled and simulated in order to understand and to decrease most of the efforts needed

In this study different models for forage mechanization is being studied and created simulations from these studies are used to investigate the conditions in Turkish forage harvestry systems In Turkey the capacity of the harvesting and trasporting are reasonably lower than EU because of the divided parcels and small areas This requires to develop adjusted simulations for Turkish agricultural silage mechanization

INTRODUCTION

Harvesting machinery for forage mechanization are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example TurkeyAegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole plant corn silage are approximately 34euroda (Provincial directorate of agriculture 2010) Values with rates per hour are more unstable due to large variety of machinery capacities Of the corn silage value approximately 10-20 is typically due to harvest and storage machinery cost Although the values are different for haycrop silage the percentage is similar Minimizing harvest cost depends on selecting the proper sizing and matching of equipment

Aegean and Marmara Regions in Turkey are the most dense regions for silage mechanization because of their climate suitable for silage The size of the lands for silage in those regions are significantly smaller comparing

95

to EU and USA and also divided This two situation (being small and divided) are obstacles for improved mechanized silage production Therefore there is huge variety of production techniques not only because of divided lands but also farmers having old habits and experiences from the past In order to develop a reasonable strategy for silage mechanization in those regions producers need benchmarks for the production chains In that point models and cycle analysis can help farmers to develop a strategy for minimizing cost of productions between the silage production chain However there are no significant studies about that problem and no reasonable mathematical models for silage productions have been formed since present days

MATERIALS AND METHODS

The objective of this study is to research the literature of existing models for silage mechanization and either adapting them or creating new models for Turkish agricultural conditions The existing literature has a chronology development paralel to the development of the silage mechanizationn First models that are created focus on the simple processes like pressing in silos different silo dimensions different knife forms and cutting techniques According to that chronology four main models that are chosen from many studies investigated These studies are

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

b) Equipment Matching For Silage Harvest

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

Attaining a high density in a silo is important for two primary reasons Firstly and most importantly density and dry matter content determine the porosity of the silage Porosity in turn sets the rate at which air moves into the silo and subsequently the amount of spoilage which occurs during storage and feedout Ruppel (1992) measured dry matter loss for alfaalfa silage and developed an equation to relate the loss to density Secondly the higher the density the greater the capacity of the silo Thus higher densities generally reduce the annual cost of storage per ton of crop by both increasing the amount of crop entering the silo and reducing crop losses during storage The factors affecting density in bunker and pile silos are not well understood General recommendations have been to spread the crop in 15 cm layers and pack continiously with heavy single-wheeled tractors In a survey of alfaalfa silage in 25 bunker silos Ruppel et al (1995) found tractor weight and packing time (mint) were the most important factors affecting density However both factors only explained a small fraction of

96

the variation observed and layer thickness was not measured The objectives in that study were to measure density in a wider range of bunker silos and correlate those densities with filling practices

In the study measured densities in over 160 bunker silos containing etiher corn or haycop (largely alfaalfa) silage Density was measured with a 5 cm diameter corer (Holmes 1996) taking cores at approximately chest height at four locations across the silage face Core depth distance from the top and distance from the floor were recorded Cores and a grab sample were researched to determine weight dry matter content and particle size distribution A survey was completed for each silo sampled Information from farmers included number of packing tractors tractor weight number of tires per tractor tire pressure tire condition number of drive wheels silage delivery rate packing time per day harvest time per day filling time filling technique silo dimensions maximum silage height crop crop maturity and theoretical lenght of cut These factors were than correlated with measured dry matter densities The range of densities and dry matter contents observed in haycrop and corn silages are shown in table 1 Ranges of dry matter densities were similar for both haycrop and corn silages Densities on the low end suggested little packing whereas the highest densities were in the range observed in tower silos Average dry matter densities were slightly higher than a recommended minimum density of 224 kgm3

Table 1 Summary of core samples collected from 168 bunker silos

Charasteristic Haycrop silage (87 Silo) Corn silage (81 Silo)

Average Range SD Average Range SD

Dry matter () 42 24-67 95 34 25-46 48

Wet density (kgm

3)

593 208-977 109 689 368-961 83

Dry matter (kgm

3)

237 105-434 38 232 125-378 29

Average particle size

(cm) 11 068-31 015 1 071-17 008

SD Standard deviation

The linear regression which explains 18 of the variation of estimated dry matter density (DMD) is expressed as

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3

where average depth (D) and packing factor are calculated as

D = average silage depth (m) = (height at wall + height at center) divide 2

97

CDMNL

WPF

W Proportioned average tractor weight (kg) for all tractors packing silage

Example Two tractor pack 100 of the filling time tractor 1 weighs 114 tons and tractor 2 weighs 68 tons Then the proportioned average tractor weight is (114+68)divide2=91 tons If tractor 1 packs 90 of filling time and tractor 2 is used 50 of the time then proportioned average tractor weight becomes (114x09+68x05)x[90divide(90+50)]=874 tons

L Layer thickness (m) of the spread but unpacked crop in the silo prior tp driving over it during the first packing pass

N Number of tractor-packing equivalents where N=1 when one tractor is packing continuously during the filling process This value can be fractional reflecting one or more tractor packing intermittently

Example If one tractor packs continiuosly during the silo filling process and another packs 50 of the filling time N=1+05=15 If there is only one packing tractor and it packs for 11 hday and the silo is filled 10 hday then N=1110=11

C Crop delivery rate (thr) to the silo

Using this equations for a bunker silo filling in Turkish farm land conditions had shown that importance on density is not given yet The values are taken from a dairy farm which is located in Aegean Region (Oumldemis) of Turkey The farm had a bunker silo which was 122 m wide had 32 m sidewalls and had material packed to a maximum depth of 43 m at the center The 35 of dry matter content silage was delivered to the silo at the rate of 90 th One packing tractor (65 tons) distributed silage with a blade to a depth of 03 m per layer and packed continiuosly when not pushing up silage A second tractor (5 tons) packed continiuosly Assuming a triangular shaped cross section above the walls the average silage depth was D=(3+43)divide2=365 m The average packing tractor weight was W = (65+5) divide2=575 tons The packing layer thickness was L = 03 m crop delivery rate was C=90 th and dry matter content was DM=035

Using these values the packing factor can be calculated as

CDMNL

WPF

=903502

30

755

=168

The expected dry matter density is

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3 =1536 kgDMm3

Being less than 224 kgDMm3 a change in packing procedure would be beneficial A procedure was developed for estimating the density of a bunker based silage packing in this study Silage of high density experiences less dry matter loss than does that of lower density If the extra

98

efforts for saving silage are more than the cost of the achieving the savings then it is economically viable to implement the changes needed to achieve the savings

b) Equipment Matching for Silage Harvest

Harvesting machinery and associated costs are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example Turkeyrsquos Aegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole-plant corn silage are approximately 280euroha (Aegean Region Provincial Diretorate of Agriculture 2010) rates per hour depend largely on machinery capacities With a typical corn silage yield of 50 tha machinery cost to harvest transport and store silage away are approximately 8euroton Selection and sizing of equipment is important to minimize harvest cost In forage harvesting systems there are significant equipment interactions as the crop moves from the field to the silo The harvester needs to interact with the transport units to align and either unload or switch trailers

Four different factors can limit the capacity of a machine depending on the field conditions and the operation These factors are power throughput capacity speed and traction In systems where machines must interact (such as harvest transport and unloading) the capacity of some machines can be limited by others this may necessiate ilde time for some machineslogistics at the unloading site are critical to system performance If forage can not be packed blown or bagged fast enough the storage site can become the bottleneck of the overall harvest system The blower and bagger capacity values are reasonably consistent with silo filling rates observed on 23 dairy farms the visited farms included 22 tower silos 23 bunker silos and 8 bags

For purposes of illustrating impact of transport system on harvester utilization and system capacity a 350 HP self-propelled forage harvester harvesting either haycrop or whole-plant corn silage was considered with different truck sizes For these simulations round trip trasport distance was 97 km and unloader capacity was non-limiting at (120tDMh) Alignment time of the transport units with harvester and unloader were set realistically at 1 min each and average transport speeds were 40 kmh With the small trucks use of a dump cart was compared to direct chopping into the trucks Harvester utilization (time harvested divided by total time) can not reach 100 due to alignment and interaction time with transport units Values near 100 are more desirable resulting in higher system capacity and lower harvest cost Because of power requirement capacity is lower in haycrops than whole-plant corn and the appriate number of transport units is lower The appropriate number and size of trucks required to keep a harvester maximally utilized depends on several factors including transport distance transport speed unloading rate and harvester power The impact of a reduction in number of transport units is illustrated in table 2 several comparisons can be made using the table4 to illustrate that

99

harvester utilization (hence production cost) is very sensitive to size and number of transport units in some situations

Table 2 Effect of number of trasport units on harvester utilization and system capacity with a 350 HP harvester 10 km round trip transport

distance and 40 kmh transport speed in wole-plant corn

Transport unit Harvest Method

Transport unit

capacity (tDM)

Number of

transport units

Utilization of harvester

(h harvestingh)

System capacity

(th)

Small Truck Dump cart 2 4 064 268

Small Truck Direct to truck 2 5 071 296

Medium Truck Direct to truck 35 4 083 348

Large Truck Direct to truck 5 3 083 345

Small Truck Dump cart 2 3 048 201

Small Truck Direct to truck 2 4 057 237

Medium Truck Direct to truck 35 3 065 272

Large Truck Direct to truck 5 2 055 230

The term of power times distance divided by transport unit capacity and speed was used to establish the functional form on an empirical model (R2=0997) for number of transport units required to keep a harvester maximally utilized The empirical model is

dhkmttDMtkmtkWcreqt ISVDPHCN 06107460440

Ntreq Number of transport units required to keep the harvester as busy as possible

Cc Crop coefficient (16 for whole-plant corn 10 for haycrops)

PH Power of the harvester kW

Dt Round trip transport distance km

Vt Capacity of each transport unit tDM

St Average speed of transport uni kmh

Id Indicator for direct chopping into transport units (1 if material was chopped directly in to transport = if a dump cart was used)

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

After the transport models were developed It became usefull combining models with cycle analysis Together it became much easier to investigate systems and finding out their bottleneck points The principles and developmental steps regarding the use of cycle diagrams were outlined by

100

Hunt (1986) To manually draw a cycle diagram and perform an analysis the developmental steps are

Sketch the cycle to show the proper machine relationships

Mark the support times between individual machine cycles with a zigzag line Mark both machine loops at their points of interaction

Sum the cycle times required for each machine loop and select the largest to be the system cycle time

Add idle times to the other machine loops to bring their total times up to the total system time Identify this on the diagram with circles

Field efficiency can now be estimated more accurately when the machine in question is a part of the system

Outputs from a cycle analysis include system capacity labor efficiency and utilization rates for each machine Here is an example of an Turkish dairy farmrsquos corn silage process cycle (Figure 1)

Figure 1 Example of a corn silage process cycle diagram and output values

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

Cycle diagrams are relatively simple tools which can provide insight concerning the impact of equipment and operational changes on dynamic agricultural systems with interacting components or machinescycle analysis of machine systems that include harvest transport and unloading sub-systems requires machine capacity operational data and parameter input for each machine and operation Outputs include cycle time system capacity and idle time for each machine Efficiency measures of harvester transporter unloader and labor utilization can be computed Selection of machinery sets for agricultural field work has been accomplished with modeling and optimisation approaches Selecting machinery used in simultaneous operations requies consideration of the cycle for each machine With one cycle representing a ldquoroundrdquo by all transport units the volume per cycle is computed as

ttc NVV

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

101

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

Nt Number of transport units

Harvest The productive portion of a harvesterrsquos cycle consists of harvest time and interaction time with the transporter The primary contributor to the harvesterrsquos cycle time is the time to harvest the material per cycle

maxmax fmch ECVT

hthttht TRVIT 1

tththh NTTCT

Transport Productive transport time is spent interacting with the harvester or unloader or in transit Interaction time with the unloader is a combination of alignment and working time

umtatutu CVTT

ttt SDT

maxmax ffmhthht ECVVT

hhtthtttut TTTTCT

Unload Productive unloading time is spent with the transporter(s) The cycle time of the unloader is

tutu TNCT

System The system cycle time is the maximum of the cycle times of system components time required to align the harvester and transporter is assigned to the less busy of harvester and transporter Cycle time and idle time are therefore computed as

ahtthahtt TNCTTCT

Th Time for harvest (hcycle)

Thtt Time for harvesterTransporter interaction for material transfer (htransportercycle)

CTh Cycle time for for the harvester without idle or alignment time (hcycle)

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

Cmmax Theoretical maximum material capacity of the harvester (harvest unitsh)

Efmax Maximum field efficiency of the harvester

Iht Indicator variable for simultaneous harvest and transfer (1yes0no)

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

TRh Transfer rate of storage volume on the harvester (harvest unitsh)

Nt Number of transport units

Ttu Time for interaction between transporter and unloader (htransportercycle)

Ttua Time for alignment of transporter and unloader (htransportercycle)

Cmu Material capacity of the unloader (harvest unitsh)

Tt Travel time (h)

Dt Average distance of travel (km)

St Average speed of travel (kmh)

Thth Time for harvester and transporter interaction due to harvest (htransportercycle)

CTt Cycle time for the transport unit(s) (hcycle)

CTu Cycle time for the unloader (hcycle)

CT Cycle time for the system (hcycle)

Tih Idle time for the harvester (hcycle)

Tit Idle time for the transporter(s) (htransportercycle)

102

utahtth CTCTTNCTCT max

ahtthhi TNCTCTT

tti CTCTT

uahtth CTTCTCTCT max

hhi CTCTT

ahttti TCTCTT

uui CTCTT

uiutithii TLTNTL

Utilization (time use efficiency) of each unit is computed from theoretical capacities or minimal component cycle times and actual system cycle time

CTECVU ffmch maxmax

CTTU tta

CTTCTU ttitb

CTCVU umcu

CTLLU i 11

ut LNL 1

maxmax mfhasys CEUC

CTVC cbsys

max masysactf CCE

Cycle analysis of harvesttransportunload systems involves straightforward computations Althought they are tedious computurizing the analysis in a spredsheet allows improvet understanding of the interrelationships and more rapid evaluation of alternative solutions

CONCLUSIONS

In the first part of the study models and simulations are studied and some of them are reorganized for Turkish agricultural systems Especially problems in the bunker loading site are significant in Turkey There has been no detailed study about the process chain of silage mechanization and there are no specific data for related conditions In the second part of the study these models and simulations will be used to create a database for silage process This database will be used to compare the current situation and routine working systems for preparing silage from forage

Tiu Idle time for the unloader (hcycle)

Li Idle time for labor (hcycle)

Lu Number of laborers at the unloader

Uh Harvest (h)

Uta Utilization of transporter (h travelhtransporter)

Utb Utilization of transporter (h busyhtransporter)

Uu Utilization of unloader (h unloadingh)

U1 Utilization of labour (h workingh)

Csysa System capacity (harvest unitsh)

Csysb System capacity (harvest unitsh)

Efact Actual harvester field efficiency fraction

103

material There are extensive problems on silage quality Some of them are mechanical and some are system based Forexample laborerrsquos and farmererrsquos inadeaquate knowledge on packing systems decrases the quality of the forage materials Ordinary labor work focuses on packing as fast as possible but forgetting to control the bulk density of the material Because of lack of unmatched equipment in the systems processes laborers only focus on the time of the work and spending efforts to keep it short There no data or spreadsheet supporting producers for decision making Economical production and better quality silage will become a key factor in the future having much more importance than present day because of global warming and more human population demanding on better and more efficient production in dairy industry

REFERENCES

1 ASAE 2002a S495 Uniform terminology for agricultural machinery

management In ASAE Standards 49th

2 ed ASAE St Joseph MI

3 ASAE 2002b EP4962 Agricultural machinery management In

ASAE Standards 49th ed ASAE St JosephMI

4 ASAE 2002c D4974 Agricultural machinery management data

InASAEStandards 49th ed ASAE St JosephMI

5 Hunt DR 1986 Engineering Models for Agricultural Production AVI

Publishing Westport CT

6 Lavoie G Gunjal K Raghavan GSV 1991 Soil compaction

machinery selection and optimum crop planning

7 Trans ASAE 34 (1) 2ndash8

8 Parmar RS McClendon RW Potter WD 1996 Farm machinery

selection using simulation and genetic

algorithms Trans ASAE 39 (5) 1905ndash1909

9 Rotz CA Buckmaster DR Mertens DR Black JR 1989

DAFOSYM A dairy forage system model forevaluating alternatives in

forage conservation J Dairy Sci 72 (11) 3050ndash3063

10 Rotz CA Muhtar HA Black JR 1983 A multiple crop machinery

selection algorithm Trans ASAE 26 (6)

11 1644ndash1649

12 Wiersma DW and BJ Holmes 2000 Estimating the weight of forage

in a forage wagon

104

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam

Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat

industry waste material

SUMMARY

Every year a meat industry produces great amount of waste material which in case of mismanagement might be a burden to environment as well as a danger to people Due to the presence of organic components the process of utilization is intricate and costs are very high in Poland In consequence the effective and economically viable methods of recycling are searched for The main waste material of meat industry constitutes of refuse fats from abattoirs It need to be stressed that in Poland the supply of wholesome fat is not sufficient which does not allow its use for energy purposes

Key words waste material meat industry biodiesel biogas

STRESZCZENIE

Przemysł mięsny wytwarza co roku znaczące ilości odpadoacutew ktoacutere w przypadku niewłaściwego zagospodarowania są uciążliwe dla środowiska i mogą być niebezpieczne dla ludzi W Polsce koszty ich utylizacji są wysokie a cały proces skomplikowany ze względu na to że w ich skład wchodzą odpady organiczne Skutkiem tego jest poszukiwanie skutecznych i opłacalnych metod zamiany odpadoacutew w inne produkty Głoacutewny odpad przemysłu mięsnego stanowią tłuszcze odpadowe z ubojni Należy podkreślić że podaż pełnowartościowego tłuszczu w Polsce jest zbyt mała i nie pozwala na jego energetyczne wykorzystanie

WSTĘP

Odpady mięsne charakteryzują się wysokim udziałem związkoacutew organicznych Ich zawartość szacuje się na 50-801 W przemyśle mięsnym wyroacuteżnia się sześć grup odpadoacutew

Odpady rzeźne operacyjne (mają największy udział- 37)

Odpady z zawartością chlorkoacutew

1 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

105

Gnojowica

Osady ściekowe

Odpady energetyczne

Odpady komunalno-gospodarcze

Odpady z przemysłu mięsnego można także podzielić na miękkie i twarde Do miękkich zaliczamy krew poubojową jelita wole przełyki skrawki skoacutery odpady mięsno-tłuszczowe zawartość przewodoacutew pokarmowych błony śluzowe gnojowicę wnętrzności i podroby osady z oczyszczania ściekoacutew soacutel z konserwacji skoacuter i jelit Odpady twarde to pierze odpadowe łapy i głowy drobiowe szczecina włosie rogi racice kopyta kości2

Możliwości wtoacuternego wykorzystania tych odpadoacutew są roacuteżne przedstawia je tabela 1

2Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

106

Tabela 1 Rodzaje produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego i możliwości ich wtoacuternego wykorzystania

Rodzaj odpadu Zastosowanie

Mięso świeże ( ze starych koni i kroacutew ) pasza naturalna dla mięsożernych zwierząt futerkowych domowych i z ogrodoacutew zoologicznych

Krew niespożywcza składnik mączek paszowych

Niegarbarskie części skoacuter produkcja żelatyny aminokwasoacutew osłonek wędliniarskich nici i gąbek i nici chirurgicznych błon do przeszczepoacutew tętnic tworzyw skoacuteropodobnych klejoacutew kosmetykoacutew paszy

Odpady mięsno-tłuszczowe ze skoacuter produkcja pasz

Szczecina produkcja szczotek pędzli pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Włosie produkcja szczotek pędzli smyczkoacutew muzycznych filtroacutew sit surowiec tapicerski i filcowy produkcja pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Rogowizna produkcja przedmiotoacutew użytkowych i galanteryjnych pasz hydrolizatoacutew mączek keratynowych nawozoacutew klejoacutew

Zawartość przewodoacutew pokarmowych nawoacutez pasza dodatek do surowcoacutew utylizacyjnych

Odpady jelit surowiec utylizacyjny

Błona śluzowa jelit produkcja preparatoacutew farmaceutycznych i pasz

Odpady tłuszczowe tłuszcz techniczny i pasze

Kości produkcja klejoacutew żelatyny pasz odzyskiwanie fosforu

Błony- w tym błony surowicze źroacutedło kolagenu

Soacutel z konserwacji skoacuter i jelit oraz peklowni

na razie brak racjonalnego wykorzystania

Inne surowce utylizacyjne pasze tłuszcz techniczny

Gnojowica Nawoacutez

Osady ściekowe nawozy pasze

od listopada 2004 r odpady pochodzenia zwierzęcego ( z wyjątkiem ryb i plazmy krwi ) nie mogą być przeznaczone do produkcji mączek paszowych

Źroacutedło Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego zeszyt 4

Skład i właściwości fizykochemiczne tłuszczoacutew technicznych wykazują brak zagrożenia ekologicznego przy termicznej obroacutebce Zawartość wilgoci i popiołu kształtuje się na poziomie podobnym jak przy oleju opałowym Tłuszcze techniczne nie zawierają w swoim składzie żadnych substancji

107

ktoacutere po spaleniu mogłyby okazać się szkodliwe dlatego są one dobrym surowcem do produkcji paliw

CEL I ZAKRES

Celem pracy zaprezentowanej w artykule jest analiza zasoboacutew surowcoacutew odpadowych przemysłu mięsnego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce Do zrealizowania sformułowanego powyżej celu w pracy przeprowadzono obliczenia i analizę ktoacuterych zakres obejmuje

Charakterystykę przemysłu mięsnego wraz z prognozą do 2020 roku

Określenie wspoacutełczynnikoacutew opisujących ilość odpadoacutew z danego sektora

Określenie wspoacutełczynnikoacutew do przeliczenia ilości odpadoacutew na ilość biopaliwa

Obliczenie potencjału teoretycznego biopaliw z prognozą do 2020 roku

Analiza została przeprowadzona w oparciu o dane literaturowe

CHARAKTERYSTYKA RYNKU MIĘSA

Rynek wieprzowiny

Ostatnie lata były najdłuższym okresem systematycznego pogarszania warunkoacutew chowu trzody chlewnej i w związku z tym ograniczania tego chowu W lipcu 2009 roku pogłowie wynosiło 143 mln sztuk Ocenia się że w 2010 roku pogłowie trzody chlewnej może liczyć około 15 mln sztuk W 2008 roku produkcja żywca wieprzowego w wbc wyniosła 2483 tys ton i była mniejsza w poroacutewnaniu z rokiem ubiegłym o 105 Przewiduje się że rok 2011 będzie charakteryzował się wzrostem produkcji Łączny eksport wieprzowiny w 2008 roku wynioacutesł 399 tys ton a import 514 tys ton Eksport żywca przetworoacutew i tłuszczoacutew wieprzowych w I poacutełroczu 2009 roku ukształtował się na poziomie 151 tys ton w ekwiwalencie mięsa Import produktoacutew wieprzowych wynioacutesł w 2008 roku 514 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku wynioacutesł on 259 tys ton w ekwiwalencie mięsa

Rynek wołowiny

W czerwcu 2009 roku pogłowie kroacutew było mniejsze o 42 w poroacutewnaniu z rokiem poprzednim a pogłowie bydła ogoacutełem o 1 Produkcja żywca wołowego w 2008 roku wzrosła o 24 W I poacutełroczu 2009 roku produkcja żywca wołowego była większa o 85 niż w I poacutełroczu roku poprzedniego W 2008 roku liczba urodzonych cieląt wyniosła 2351 tys sztuk W I poacutełroczu 2009 roku liczba ta zmniejszyła się o 12 Zmniejszył się roacutewnież uboacutej cieląt o ok 2 Łączny eksport żywca mięsa i przetworoacutew

108

wołowych w 2008 roku wynioacutesł 263 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku import mięsa wołowego był zbliżony do roku poprzedniego3

3 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

109

PROGNOZA RYNKOWA

Uboje bydła mogą się zmniejszać o 21 rocznie natomiast w ubojach trzody chlewnej może kształtować się tendencja wzrostowa4

Tabela 2 Uboje całkowite bydła i trzody chlewnej w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

W następnych latach produkcja mięsa wołowego może się zmniejszać w tempie 26 rocznie do ok 300 tys t w 2020 roku5

Tabela 3 Produkcja wołowiny i wieprzowiny w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

POTENCJAŁ TOERETYCZNY BIOPALIW

Dane określające uboacutej bydła i trzody chlewnej (tab 2) oraz produkcję żywca wołowego i wieprzowego (tab 3) służą obliczeniu szacunkowej produkcji odpadowych tłuszczy zwierzęcych

4 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214)

5 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214) s 36

110

Tabela 4 Szacunkowa produkcja tłuszczy zwierzęcych (odpadowych technicznych) w poszczegoacutelnych latach

Wyszczegoacutelnienie 2009 2010 2011 2012

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego (mln szt)

1300 1273 1246 1220

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013 = 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4648 ok 4551 ok 4454 ok4362

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

21 2617 262 263

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001 =066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1386 ok 1727 ok1729 ok 1736

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

783 650 392 382

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 3915 325 196 191

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

47 39 235 23

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 47 ok 39 ok 235 ok 23

Lata 2009 2010 2011 2012

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2286 2393 2396 2404

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 914 957 958 961

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

46 478 48 48

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 46 ok 478 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe ok 696 ok 715 ok 69 ok 68

111

tłuszcze i po utylizacji (tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2013 2014 2015 2016

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1194 1169 1144 1120

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4269 ok 4179 ok 409 ok4004

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

263 265 267 267

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1736 ok 1749 ok 1762 ok 1762

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

375 364 357 353

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 1875 182 1785 1765

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

225 218 214 2118

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 225 ok 218 ok 214 Ok 212

Lata 2013 2014 2015 2016

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2411 2421 2429 2420

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 964 968 971 968

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4822 4842 4858 484

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 48 ok 48 ok 49 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji

ok 671 ok 663 ok 656 ok 645

112

(tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2017 2018 2019 2020

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1096 1073 1050 1028

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 3918 ok 3836 ok 3754 ok 3675

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

268 269 269 27

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1769 ok 1775 ok 1775 ok 1782

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

346 340 325 321

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 173 170 1625 1605

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

2076 204 195 1926

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 2 ok2 ok 2 ok 19

Lata 2017 2018 2019 2020

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2414 2410 2400 2390

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 965 964 960 956

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4828 482 48 478

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

Ok 48 ok 48 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji (tys t)

ok 637 ok 63 ok 621 ok 613

113

Źroacutedło wskaźniki do obliczeń przyjęto na podstawie E Piotrowski IPMiT w Warszawie oddział w Poznaniu oraz K Dowgiałło Dep Weterynaryjny MRiRW W Sikorki ndash ZM Skiba Chojnice

Łączną ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020 przedstawia tabela 5

Tabela 5 Łączna ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

Wydajność produkcji biogazu z tłuszczu kształtuje się na poziomie 800 m3tonę substratu6 natomiast ilość biodiesla wytworzonego z tłuszczu zwierzęcego w każdym kolejnym roku jest proporcjonalna do ilości tłuszczy odpadowych jakie wytworzył przemysł mięsny7

Tabela 6 Szacunkowa ilość biogazu i biodiesla możliwa do wytworzenia z tłuszczu zwierzęcego w latach 2009-2020

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Łącznie tłuszcze odpadowe i po

utylizacji [tys Ton]

696 715 69 68 671 663

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

55680 57200 55200 54400 53680 53040

Biodiesel [tys ton]

696 715 69 68 671 663

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Łącznie tłuszcze odpadowe i po utylizacji[tys ton]

656 645 637 63 621 613

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

52480 51600 50960 50400 49680 49040

Biodiesel [tys ton]

656 645 637 63 621 613

Źroacutedło obliczenia własne

6 httpwwwpostcarbonpl 2009

7 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

114

Tabela 7 Ilość paliwa z odpadoacutew w przeliczeniu na tony oleju ekwiwalentnego

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Biodiesel

[ktoe]

617 631 609 60 593 585

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 307 314 303 299 295 291

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Biodiesel

[ktoe]

579 57 563 556 548 541

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 288 283 28 277 273 269

Źroacutedło opracowanie własne

Tabela 8 Potencjał teoretyczny biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku (ktoe)

Wyszczegoacutelnienie Rynek mięsa

Biodiesel

[ktoe]

6992

Biogaz

[ktoe] 3479

Źroacutedło opracowanie własne

PODSUMOWANIE

1 Przemysł mięsny każdego roku wytwarza znaczące ilości odpadoacutew

ktoacutere mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw ze względu

na wysoki potencjał energetyczny

2 Głoacutewnym odpadem powstającym w sektorze mięsnym

wykorzystywanym do produkcji biopaliw może być odpadowy tłuszcz

zwierzęcy

115

3 Ilość tłuszczu zwierzęcego powstałego przy przetwoacuterstwie mięsa

do 2020 roku szacuje się na 7917 tys ton

4 Potencjał produkcji biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku

szacowany jest na 6992 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew zostanie

wytworzony biodiesel lub 3479 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew

zostanie wytworzony biogaz

LITERATURA

1 Biuletyn informacyjny Podaż i popyt w Europie a perspektywy

produkcji rolniczej w Polsce ARR 2009 Nr 4 (214) s 36- 49

2 httpwwwpostcarbonpl 2009

3 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

4 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

5 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki

zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego

Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

116

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill

INTRODUCTION

Wear arises by impact of friction of cut chip pieces and workpiece surfaces with the tool Its mechanism is characterized by friction of little elements of tactile layers and their removal in form of products of friction from cutting area Wear of cutting wedge has faster progress than wear of machine parts even though that physical nature is the same Cause should be found in peculiarity of friction process in manufacturing cutting New metal surfaces come to contact with cutting material at all times [5]

1 SPECIFICATION OF EXPERIMETAL CONDITIONS

11 CATEGORIZATION OF EXPERIMENT

As the measurements are focused on verification of durability of cutting materials selected on the base of previous testing the long-term method of testing was chosen These methods of long-term testing have the disadvantage of huge time and material consumption although they are more precise as short-term tests

12 CHARACTERISTIC OF EXPERIMENTAL ENVIRONMENT

For the purposes of experiment there was CNC machining center HAAS VF- 1B utilized that is situated in laboratory of Cracow Polytechnics in Cracow Poland

121 CUTTING CONDITIONS

From the viewpoint of cutting conditions established for these experiment the dimensions of relevant workpieces were taken into consideration together with requirements of measurements that should provide the results Entire experiment was realized as long-term durability testing

Established conditions

Spindle speed n with value of 1800 otmin-1

Cut depth ap with value 15 mm

Cutting speed vc with value 34 mmin-1

117

feed rate vf with value 004 mmteeth

122 MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS

As a workpiece material there was steel used marked as STN 17 241 EN X5CrNi 18-10 that is austenitic chrome-nickel steel with very good corrosion resistance good plasticity in cold stage and good weldability

As tool materials there were three kinds of HSS grooving mills with two wedges and diameter of 6 mm (obr2)

A coatless

B with coating ALTiN

C with coating AlTiSiN

123 EXPERIMENT PROCEDURE

According to determined parameters (coating type of cutting plate cutting speed cut depth and feed rate) the verification of durability of mills was started Experiment was realized on material with dimensions 200x100x50 (obr1) With all tool crossing movements the cutting conditions were kept constant As first tested mills samples bdquoAldquo with no coating were tested Second tested were bdquoBldquo samples with AlTiN coating Finally bdquoCldquo samples were tested with AlTiSiN coating After each tool crossing movement the time of tool engagement was measured together with tool wear Milling was realized until the wear reached the value of VBB = 600 microm Wear was monitored with use of optical device with decuple optical zoom With respect to selected material STN 17 24 the wear at first two tool crossings was zero With further tool crossings the wear reached the value of VBB = 200 microm This value was constant until the wear started to increase swiftly what was obvious also from width of working trajectory of the tool Individual measured values were graphically evaluated

Fig1 Fig2

118

2 RESULTS

Fig3 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with no coating bdquoAldquo

Fig 4 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiN coating bdquoBldquo

Fig 5 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiSiN coating bdquoCldquo

119

3 CONCLUSION

Cutting tools for engineering manufacturing are produced of different materials ndash starting from tool steel (high-speed) through sintered carbides (coatless or with hard coating) cermets cutting ceramics to very hard materials (synthetic diamond and cubic boron nitride) This wide assortment of materials is the result of long and intensive research and development in that area and is connected with development of constructional materials that need to be machined Currently and neither in close future there are no expactations in invention of brand new cutting material Therefore the efforts of all research teams in area of cutting materials focus to improvements of technological aspects with precise of application area [5]

Contribution is created woth support of ministry of education of Slovak Republic with exploitation of grant VEGA 1088510 From presented graphs it is obvious that with HSS mills labeled as bdquoAldquo samples lowest durability was achieved as the mills engagement was shortest With mills with AlTiN coating that were labeled as bdquoBldquo samples the impact of coating was observed while reaching doubled lifespan Highest value of lifespan was documented on graph C and achieved after use of HSS mills with AlTiSiN coating lebeled as bdquoCldquo samples Their engagement time was three times longer than with coatless bdquoAldquo samples This experiment confirmed that development and research in the area of tool coating has still significant importance

REFERENCES

1 Biacutelek O Lukovics I Experimental simulation of heat and stress

formation for surface grinding In Katelinic B Daaam International

Scientific Book 2008 7th ed Vienna Austria Daaam International

Vienna Vienna 2008 pp 35-42 ISBN 978-3-901509-69-0

ISSN 1726-9687

2 Buda J Bekeacutes J Teoretickeacute zaacuteklady obraacutebania kovov 1 vyd

Bratislava SVTL 1967 700 s ISBN 63-046-67

3 Neslušan MTurek S Brychta J Čep R Tabaacuteček M

Experimentaacutelne metoacutedy v trieskovom obraacutebaniacute Žilina 2007 ISBN 978-

80-8070-711-8

4 Vasilko K Teoacuteria rezneacuteho procesu 1vyd Prešov 2006

ISBN 80-8073-586-7

5 Humaacuter A Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha 2008 ISBN 978-80-

254-2250-2 Lukovics I Biacutelek O High Speed Grinding Process

Manufacturing Technology 2008 8 12-18 ISSN 1213248-9

120

KovalyshynOleh

Lviv National Agrarian University

Usingcloud computingtechnologyin education process

ANNOTATION

This paper considers thetechnology ofcloudcomputing its

structureandmethodsof applicationtoimprovethe educational process

INTRODUCTION

Cloud computing refers to the provision of computational resources on demand via a computer network such as applications databases file services email etc In the traditional model of computing both data and software are fully contained on the users computer in cloud computing the users computer may contain almost no software or data (perhaps a minimal operating system and web browser only) serving as little more than a display terminal for processes occurring on a network of computers far away Common shorthand for a provided cloud computing service (or even an aggregation of all existing cloud services) is The Cloud

The phrase ldquocloud computingrdquo originated from the cloud symbol that is usually used by flow charts and diagrams to symbolize the internet The principle behind the cloud is that any computer connected to the internet is connected to the same pool of computing power applications and files Users can store and access personal files or use productivity applications

121

on a remote server rather than physically carrying around a storage medium such as a DVD or thumb drive Almost all users of the internet may be using a form of cloud computing though few realize it [1]

Cloud computing involves pooling the processing power of multiple remote computers in the cloud to achieve a task such as data warehousing of hundreds of terabytes managing and synchronizing multiple documents online or computationally intensive work These tasks would normally be difficult time consuming or expensive for a single computer to accomplish The result of this processing is then served using the Internet to one or more clients working on their local computer

The National Institute of Standards and Technology (NIST) provides a specific definition

Cloud computing is a model for enabling convenient on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (eg networks servers storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2]

Cloud computing describes a new supplement consumption and delivery model for IT services based on Internet protocols and it typically involves provisioning of dynamically scalable and often virtualized resources It is a byproduct and consequence of the ease-of-access to remote computing sites provided by the Internet This frequently takes the form of web-based tools or applications that users can access and use through a web browser as if they were programs installed locally on their own computers

Typical cloud computing providers deliver common business applications online that are accessed from another Web service or software like a Web browser while the software and data are stored on servers

Most cloud computing infrastructures consist of services delivered through common centers and built-on servers Clouds often appear as single points of access for consumers computing needs Commercial offerings are generally expected to meet quality of service requirements of customers and typically include service level agreements

The key characteristic of cloud computing is that the computing is in the cloud that is the processing (and the related data) is not in a specified known or static place(s) This is in contrast to a model in which the processing takes place in one or more specific servers that are known All the other concepts mentioned are supplementary or complementary to this concept [3]

122

HOW TOUSECLOUD COMPUTINGTOIMPROVETHE EDUCATIONALPROCESS

Inpracticecloud computingtechnologycan be usedtofacilitatethe learning processinestablishments of higher education Accordingtothe developedproject information required forstudentsduringthe learning process(literature applications software simulators etc) placedon the local serverof the institutionand eachcomputerthat isconnectedto theLANcan accessthese products Thismethodgives atremendousadvantage because theres noneed toinstallsoftwareon eachcomputerseparately simplifyingadministrationof computerclasses andminimizingcarejobs An importantadvantageis thepossibility ofproviding for studentsindividualrooms on the serverwheretheycanposttheir owninformation concerning withtraining In fact studentsrsquo attachment to the workplace disappears from any computer in the university access to the software package as well as their own rooms is granted

Technologyallowsimprovingcomputer studentstestingbecause itminimizesthe chance of interventiontothe applicationof unauthorized personsduring testing This is provided by that the local computer where the actual testing process rakes place has no server side program or processes associated with it which does not allow to hack it Interference in testing process needs to break the server which is ten times harder In addition there is no need to install the testing program on each computer separately Process of updating software changing databases issues is simplified Test results may be available to students through the cloud as an Internet application

Thistechnologybecomessignificant in practicedue tothe factthat existent standardsof educationof engineerstraining areas such as ldquoProcesses machinesandequipmentAIPrdquo rdquoPower engineering and electro technical systems in AIC rdquo ldquoMechanicalldquo ldquoCartransportrdquosoprovide for passing offinalstateexam in the form of test Thanks tothis technologyit is easily toconvertthis examoncomputertestingthatwillsignificantlyreducethe timeof its carrying out and will expandopportunitiesandthe terms of preparationetc

Cloud computingcan alsobe usedas oneof theoptions fordistance learningby making theaccessto theinformationavailable on theserverfrom the Internet Instructional materialsneededfor training must be placedon the serverwherethey will be availableto students The evaluations are conductedusingthe softwarepresented on it Resultsare placedinappropriate studentsrooms where theywere available to theteachers Thismethodcan be usedforongoing monitoringof students registration of the progressof theirstudiesforsome definite period oftime alwaysdeterminingtheirrating

123

CONCLUSIONS

1 Cloud computing technologies have wide a use in the educational

process for its improvement and provide students with additional

opportunities

2 Cloud computing technology is a simple method of implementation of

the methods of computer testing during passing of final state exams by

students of engineering directions if itrsquos provided by existing standards

of education

3 Cloud computing can also be used as one of the variants of distance

studying and constant current control students knowledge of particular

subjects and it presents an opportunity to determine continuously their

rating according to the results

REFERENCES

1 John Rittinghouse James Ransome Cloud Computing

Implementation Management and Security CRC Press 2009

ISBN 1439806802

2 Michael Miller Cloud Computing Web-Based Applications That

Change the Way You Work and Collaborate Online 2008

ISBN 0789738031

3 John Rhoton Cloud Computing Explained Implementation Handbook

for Enterprises 2009 ISBN 9780956355607

124

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron

Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives

ABSTRACT

Decorative qualities and constant demand on Rhododendron are the reasons of perfecting and using micropropagation methods on large scale ndash to mass proliferation of this plants [Bojarczuk 1995 Gertere i Tomsone 1996 Tomsone i wsp 2004 Almeida i wsp 2005 Vejsadova 2008] Meristems fragments and floral inmature buds are using as primary explants to culture iniciation The objective tests was valuation of growth regulators influence on micropropagation of Rhododendron hybrid received in Forest Arboretum in Slizow which is characterized by relatively dark flowerrsquos color rare found among Rhododendrons Technics based on micropropagation permit to get its hybrid seedlings on the mass scale and keep it values because backwoods constitute only the single shrub This technic limits application traditional methods of vegetative proliferation by coupling or cuttings in arboretum and generative proliferation may cause loss this mark Andersonrsquos [1984] medium was applicated as the basic medium and it was modificated by Bojarczuk [1994] Basic medium was supplemented by phytohormons in differentiated concentration (cytokines ndash 2iP 2-8 mgl and auxins ndash IAA 02-4 mgl TDZ 01-02 mgl) and its combination

WSTĘP

Rodzaj Rhododendron oznacza zaroacutewno Roacuteżaneczniki - zimozielone oraz Azalie ndash zrzucające liście W rodzaju Rhododendron oznaczono 850 gatunkoacutew krzewoacutew i krzewinek występujących od strefy arktycznej do goacuter tropikoacutew Naturalnie większość gatunkoacutew występuje w Azji w goacuterach Chin i Himalajach w formie goacuterskich zarośli Jest to rodzaj o niezwykle dużym zroacuteżnicowaniu dekoracyjnych form kwiatoacutew niestety najczęściej nie mrozoodporny w warunkach Polski wyjątek - Rhododendron luteum Azalia pontyjska wcześniej traktowana jako flora rodzima Polski teraz gatunek uznany za zawleczony przez Tataroacutew Charakterystycznym warunkiem zdrowego wzrostu większości roacuteżanecznikoacutew jest zapewnienie im podłoża o kwaśnym odczynie ndash pH 4-5 Jest to cecha typowa dla rodziny

125

EricaceaeHodowla roacuteżanecznika rozwija się głoacutewnie w kierunku tworzenia odmian dpornych na niekorzystne czynniki środowiskowe abiotyczne - mroacutez zasolenie suszę oraz biotyczne ndash patogeny (fitoftoroza mączniak prawdziwy szara pleśń mączlik roacuteżanecznikowy kibitnik azaliaczek mszyca azaliowa i inne) oraz o coraz to bardziej wysublimowanych walorach dekoracyjnych Sposoby rozmnażania Rhododendronoacutew można podzielić na proste (nielaboratoryjne) oraz laboratoryjne Proste to odkłady (proste ndash pędy przyginane do ziemi powietrzne ndash nacięcie pędu w ktoacuterym umieszcza się ukorzeniacz oraz torf zawinięte folią do czasu wydania korzeni przybyszowych) a także sadzonki poacutełzdrewniałe ndash pobrane z pędoacutew wierzchołkowych i ukorzeniane w ukorzeniaczu Do laboratoryjnych sposoboacutew rozmnażania zaliczamy kultury in vitro (mikropropagacja)

Powodem doskonalenia i wykorzystania na szeroką skalę metod mikropropagacji do masowego mnożenia roacuteżanecznikoacutew są w szczegoacutelności walory dekoracyjne i stały popyt na te rośliny Jako eksplantaty pierwotne do inicjacji kultur wykorzystuje się fragmenty merystemoacutew i pąki kwiatowe Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu regulatoroacutew wzrostu na mikropropagację mieszańca roacuteżanecznika otrzymanego w Arboretum Leśnym w Ślizowie charakteryzującego się stosunkowo ciemnym zabarwieniem kwiatoacutew rzadko spotykanym wśroacuted roacuteżanecznikoacutew

MATERIAŁ I METODY

Materiał do założenia doświadczenia stanowiły eksplantaty wtoacuterne w postaci pięciolistnych pędoacutew umieszczanych na pożywce Alo (kontrola) oraz wzbogaconej następującymi regulatorami wzrostu (mgl)

1 Al0 2 Al0+20 22iP+02IAA 3 Al0+20 22iP 4 Al0+20 22iP+02IAA+05TDZ 5 Al0+80 22iP+20IAA+05TDZ

Jako pożywkę podstawową zastosowano pożywkę Andersona (1984) z modyfikacjami (AL) zaproponowanymi przez Bojarczuk (1995) W drugiej fazie doświadczenia materiał przełożono na pożywkę MS Doświadczenie założono w pięciu powtoacuterzeniach (powtoacuterzeniem były szklane naczynia ze sterylnymi warunkami w ktoacuterym było 5 eksplantatoacutew) Pomiary wykonano po 15 miesiącu a następnie kolejny raz po przełożeniu na pożywkę MS bez regulatoroacutew wzrostu Obserwowano wielkość eksplantatoacutew liczbę korzeni i liści obecność pędoacutew bocznych pędoacutew przybyszowych tkanki kalusowej

126

WYNIKI

Metoda kultur in vitro składa się z kilku następujących po sobie etapoacutew do ktoacuterych należą pozyskanie sterylnego materiału roślinnego przeniesienie materiału na pożywkę w celu inicjacji kultury pobudzanie do wzrostu eksplantatoacutew pierwotnych za pomocą fitohormonoacutew wielokrotne pasażowanie roślin do momentu uzyskaniu odpowiedniej ilości mikrosadzonek o wysokiej jakości wysadzenie do warunkoacutew in vivo W ten sposoacuteb uzyskuje się gotowy materiał handlowy Na bazie wykonanego doświadczenia można wywnioskować że wykorzystanie techniki opartej na mikropropagacji pozwoli na uzyskanie sadzonek tego mieszańca na skalę masową zachowując jego walory Matecznik do pozyskania eksplantatoacutew pierwotnych stanowił tylko pojedynczy krzew W tym przypadku ogranicza to zastosowanie tradycyjnych metod wegetatywnego mnożenia poprzez szczepienie czy sadzonkowanie w szkoacutełce Stwierdzono następczy wpływ zastosowanych regulatoroacutew wzrostu co było widoczne w postaci rozwijających się pędoacutew przybyszowych z morfogennej tkanki kalusowej

Najprzydatniejszą pożywką do namnażania (w celu uzyskania licznych pędoacutew przybyszowych) okazały się pożywki Al0 +20 22iP Al0 +20 22iP+02IAA+05TDZ oraz Al0 +80 22iP+20IAA+05TDZ na ktoacuterych odnotowano od 70 -97 eksplantatoacutew z morfogenną tkanką kalusową regenerującą w nowe pędy

LITERATURA

1 Almeida R Gonccedilalves S Romano A 2005 In vitro micropropagation of endangered Rhododendron ponticum L subsp baeticum (Boissier amp Reuter) Handel-Mazzetti

2 Bojarczuk K 1994 a In vitro rapid propagation of Rhododendron cultivars from callus and bud cultures

3 Bojarczuk K 1996 Regeneracja wybranych odmian roacuteżanecznikoacutew z pąkoacutew bocznych i przybyszowych w kulturach in vitro

4 Vejsadovaacute H 2008 Growth regulator effect on in vitro regeneration of Rhododendron cultivars

127

Inż OsypiukRoman dr inż Gendek Arkadiusz

Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw

WSTĘP

Pilarki spalinowe używane do pozyskiwania drewna wyposażone są w piły łańcuchowe z zębami tnącymi typu żłobikowego Ze względu na to że piła łańcuchowa należy do wieloostrzowych narzędzi skrawających podstawową zasadą pracy jest zachowanie takich samych kształtoacutew wymiaroacutew liniowych i kątowych wszystkich takich samych elementoacutew w całym okresie eksploatacji Szczegoacutelnie istotne jest to w przypadku ogniw tnących Zachowanie określonych wymiaroacutew poszczegoacutelnych ogniw podczas eksploatacji wpływa pozytywnie na trwałość całego zespołu tnącego komfort pracy wydajność skrawania oraz bezpieczeństwo operatora podczas pozyskiwania drewna

Diagnostyka stanu piły łańcuchowej przez operatora polega przede wszystkim na ocenie wizualnej jej stanu technicznego oraz na przeprowadzeniu pomiaru zniżenia ogranicznika posuwu i długości poacutełki zęba tnącego Operatorzy zazwyczaj nie sprawdzają konta nachylenia ogniwa tnącego

W czasie eksploatacji ostrzenie pił i zniżanie ogranicznika posuwu odbywa się ręcznie Bardzo często użytkownicy pilarek nie używają dodatkowych akcesorioacutew (np prowadnikoacutew rolkowych) dla zachowania odpowiednich parametroacutew Wielokrotne ostrzenie bdquoz rękirdquo powoduje to że w poszczegoacutelnych ogniwach otrzymuje się roacuteżną długość poacutełki roacuteżne kąty oraz roacuteżną wysokość ogranicznika Problemy pojawiają się roacutewnież w przypadku ostrzenia ogniw prawych i lewych Ze względu na to że większość społeczeństwa jest praworęczna łatwiej i dokładniej można naostrzyć ogniwa lewe Roacuteżnice w wysokości i kątach zęboacutew prawych i lewych mogą w konsekwencji wpływać na wydajność pracy i bezpieczeństwo pracy przy ścince drzew Na rysunku 1 przedstawiony został schemat drzewa z pochyloną płaszczyzną rzazu ścinającego Roacuteżnica wysokości ogniw prawych i lewych spowodowała bdquościąganierdquo rzazu w kierunku zęboacutew wyższych Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niejednakowej wysokości ogranicznika między stronami

128

Rysunek 1 Pochylona płaszczyzna rzazu ścinającego

Wysokość ogranicznika grubości wioacutera wpływa roacutewnież na wydajność skrawania drewna Na podstawie literatury można stwierdzić że zniżając ogranicznik rośnie wydajność skrawania ale po przekroczeniu pewnej granicy wydajność ta spada

CEL I METODYKA

Celem badań było ustalenie czy operatorzy pilarek w ramach codziennej obsługi prawidłowo ostrzą i regulują swoje piły łańcuchowe tzn czy przy wykorzystaniu dostępnych narzędzi serwisowych potrafią zachować zgodne z instrukcją parametry ogniw tnących oraz jaki ma to wpływ na wydajność i ewentualne bezpieczeństwo pracy

Do pomiaroacutew zostały użyte losowo wybrane piły łańcuchowe z dwoacutech Zakładoacutew Usług Leśnych pracujących na terenie Nadleśnictwa Chojnoacutew oraz z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa Wydziału Inżynierii Produkcji Z ZUL nr 1 otrzymano do badań 8 pił z ZUL nr 2 15 pił z ZML otrzymano 5 pił Wszystkie piły zostały oznaczone kolejnymi numerami odpowiednio dla ZUL nr 1 numeracja 1divide8 dla ZUL nr 2 numeracja 9divide23 dla ZML numeracja 24divide28

Piły pobrane z ZUL charakteryzowały się znacznym stopniem zużycia tzn były w końcowej fazie eksploatacji jednak pilarze na co dzień wykonywali nimi pozyskiwanie drewna Kilka pił miało uszkodzone pojedyncze ogniwa

Piły z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa charakteryzowały się średnim stopniem zużycia tzn nadającym się do dalszej eksploatacji Piły te zostały pobrane do badań po zakończeniu kursu pilarza w ramach ktoacuterego uczestnicy uczyli się min prawidłowego ostrzenia

129

W celu dokonania pomiaroacutew zostały zrobione zdjęcia wszystkich ogniw tnących Ogniwa były fotografowane prostopadle z goacutery i z boku Na zdjęciach rejestrowany był roacutewnież wzorzec długości Zdjęcia trafiały do programu MultiScan gdzie po wyskalowaniu obrazu wykonywane były pomiary zniżenia ogranicznika posuwu względem krawędzi tnącej oraz kąta nachylenia ostrza poziomego

Każdy pomiar wykonano trzy krotnie następnie obliczano wartość średnią ktoacutera była wykorzystywana do dalszych analiz Program MultiScan umożliwia uzyskiwanie dużych dokładności jednak w ze względu na błąd człowieka przyjęto niższą dokładność - 005mm

Otrzymane wyniki zapisano w programie Excel oraz Statistica Opracowanie wynikoacutew pozwoliło na określenie średniej wartości poszczegoacutelnych parametroacutew dla badanych pił odchylenia standardowego oraz błędu Wyniki przedstawiono w formie wykresoacutew

Wszystkie piły zostały ponumerowane i przypisane do odpowiedniego zakładu z ktoacuterego pochodziły

OMOacuteWIENIE WYNIKOacuteW

Zgodnie z danymi katalogowymi zniżenie ogranicznika posuwu powinno wynosić 05-07mm Na rysunku 1 przedstawione zostało zniżenie ogranicznika dla ogniw prawych i lewych w poszczegoacutelnych piłach

wys ogranicznika P

wys ogranicznika L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

00

05

10

15

20

25

30

35

Wys

oko

ść [m

m]

Rysunek 2 Zniżenie ogranicznika posuwu dla ogniw prawych (P)

i lewych (L)

130

Zakres średnich wartości zniżenia ogranicznikoacutew w pierwszym zakładzie wynosił 146-284 mm ndash wyjątek piła nr 4 gdzie zniżenie wynosi 023 mm Piły z pierwszego ZUL miały ogniwa ktoacuterych wartość ta znacznie przekraczała maksymalną zalecaną wartość katalogową Można przypuszczać że pracownicy tego zakładu chcieli poprzez zniżenie ogranicznikoacutew poprawić wydajność skrawania (przez zwiększenie grubości wioacutera) albo nie znali zasad prawidłowego ostrzenia ogniw tnących Wadą takiego zabiegu jest to że piła jest poddawana znacznie większym obciążeniom co doprowadza do szybszego jej zużycia a jednocześnie może to wpłynąć na zmniejszenie bezpieczeństwa pracy ponieważ piła na skutek zwiększonego obciążenia może się zerwać W zakładzie nr 1 daje się zauważyć roacutewnież znaczną roacuteżnicę w wartości zniżenia ogranicznika między ogniwami prawymi i lewymi W pięciu przypadkach ogniwa lewe mają większe zniżenie w stosunku do ogniw prawych Roacuteżnice wysokości zniżenia ogranicznikoacutew pomiędzy prawni a lewymi ogniwami wskazuje na to że pilarz zniżając ograniczniki wykonywał roacuteżną liczbę pociągnięć pilnika dla prawego i lewego ogniwa lub wykonywane pociągnięcia były nie pełne W skrajnym przypadku dla piły nr 2 roacuteżnica ta dochodzi do 08 mm

W drugim zakładzie oraz ZML wartości zniżenia ogranicznikoacutew w większości przypadkoacutew były zgodne z wartościami katalogowymi lub nieznacznie odbiegały w goacuterę lub w doacuteł Świadczy to o tym że pracownicy starali się zachować prawidłowe parametry ogniw tnących Tak eksploatowane piły powinny zapewnić odpowiedni poziom wydajności i bezpieczeństwa pracy Tak jak w przypadku zakładu pierwszego roacutewnież tutaj dało się zauważyć roacuteżnice pomiędzy stroną prawą i lewą

Przeprowadzona analiza statystyczna dla wszystkich pił wykazała że w 68 roacuteżnice pomiędzy ogniwami prawymi a lewymi są istotne

Na rysunku 3 przedstawione zostały wartości kąta nachylenia ostrza poziomego ogniwa tnącego w poszczegoacutelnych piłach Zgodnie z instrukcją obsługi kąt ten w zależności od zastosowanej piły marki Oregon dla

standardowych pił zwiera się najczęściej w przedziale 25-30 w stosunku do prostopadłej płaszczyzny prowadnicy ndash w przypadku niniejszych badań ze względu na możliwości pomiarowe podawana jest wartość kąta jako

uzupełnienie do 90 Tak więc mierzony kąt nachylenia ostrza poziomego

powinien zawierać się w granicach 60-65

131

Kat zaostrzenia P

Kat zaostrzenia L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

40

45

50

55

60

65

70

75

80

t [o

]

Rysunek 3 Kąt nachylenia ostrza poziomego ogniw tnących prawych (P)

i lewych (L)

Spośroacuted badanych pił tylko 7 spełniło ten warunek dla ogniw prawych i lewych oraz 3 dla ogniw lewych i 1 dla ogniw prawych Pozostałe piły

miały w większości kąt mniejszy niż 60 co mogło wpływać na zwiększenie wydajności skrawania

W przypadku pił z zakładu nr 2 w 10 na 15 przypadkoacutew ogniwa lewe mają większy kąt zaostrzenia niż ogniwa prawe Może świadczyć o tym iż operator dokonujący ostrzenia pił nie używał dodatkowych przyrządoacutew pozwalających na zachowanie kąta Takiej zależności nie można stwierdzić dla zakładu nr 1 oraz dla ZML Może to wynikać ze zbyt małej proacuteby

Analizując wszystkie przypadki w 5 piłach roacuteżnice między katem nachylenia ostrza poziomego lewych i prawych ogniw były znaczne ndash

wynosiły ok 10 a w przypadku piły nr 15 roacuteżnica wynosiła 16

Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała że w 65 przypadkoacutew roacuteżnica pomiędzy kontem nachylenia ostrza poziomego ogniw prawych i lewych jest istotna

PODSUMOWANIE

Podsumowując należy przyznać że pilarze zajmujący się obsługą pił nie są w stanie zachować jednakowych parametroacutew ogniw prawych i lewych wykorzystując tylko ostrzenie ręczne

132

W wielu przypadkach pilarze zapewne celowo obniżają ogranicznik posuwu dla uzyskania większej wydajności skrawania drewna Zgodnie z prowadzonymi wcześniej badaniami nie zawsze przynosi to zamierzone efekty a jednocześnie negatywnie wpływa na komfort i bezpieczeństwo pracy

W przypadku kąta nachylenia ostrza poziomego występują roacuteżnice między stroną prawą i lewą Z reguły powstają one w wyniku ostrzenia bez wykorzystywania prowadnikoacutew ułatwiających utrzymanie kąta

Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi pił łańcuchowych należy używać szlifierki w celu wyroacutewnania wszystkich ogniw

Aby stwierdzić czy występują zależności w niedokładnościach ostrzenia między pilarzami i Zakładami Usług Leśnych należy przeprowadzić dalsze badania zwiększająca proacutebę poddawaną analizie

LITERATURA

1 Bieńkowski J bdquoWpływ stępienia ostrzy tnących na opory i wydajność skrawania piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr 12 1993

2 Botwin J Botwin M bdquoMaszynoznawstwo leśnerdquo PWRiL Warszawa 1979

3 Ciesielczuk P bdquoWpływ podziałki zęboacutew na tnących piły łańcuchowej na wskaźniki piłowania drewnardquo Praca doktorska SGGW Warszawa 1973

4 Gendek A bdquoWpływ parametroacutew sprzęgła na wydajność skrawania drewna pilarką spalinowąrdquo Praca doktorska SGGW Warszawa 2005

5 Goacuterski J bdquoOddziaływanie ogranicznika posuwu ogniwa tnącego na drewno w czasie skrawaniardquo Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 1 Warszawa 1996b

6 Łukomski Ł Praca doktorska bdquoBadanie mechaniki piłowania drewna piłami żłobikowymirdquo SGGW Warszawa 1977

7 Maciak A bdquoEffect of wear of saw chain cutters on the rate of wood cuttingrdquo Annals of Warsaw Agrikultural Uniwersity No 36

8 Maciak A bdquoBadanie oporoacutew i wydajności skrawania drewna bukowego łańcuchową piłą żłobikowąrdquo PTRiL nr 5 Warszawa 1994

9 Maciak A bdquoWpływ geometrii ostrza żłobikowego na jego obciążenie podczas skrawania drewna sosnowegordquo PTRiL nr 5 Warszawa 1998

10 Maciak A bdquoWpływ kąta pochylenia poziomej krawędzi tnącej ogniwa piły łańcuchowej na uzyskiwane efekty piłowaniardquo III Konferencja Naukowa bdquoOrganizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwierdquo Warszawa 2003

11 Więsik J bdquoPilarki przenośne budowa i eksploatacjardquo Warszawa 2005

133

12 Więsik J bdquoModel symulacyjny procesu skrawania drewna piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr10 1994

134

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of electrical supply by prof V Sinkova(Ukraine)

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator

ABSTRACT

The results of the development of construction three-phase permanent magnet linear generator and of its experimental research using a special stand which allowed to analyze the energy parameters of the generator

INTRODUCTION

At present one of the important subjects of research leading scientific institutions in the world is linear electric machines as is the possibility of their wide using in various settings of traditional and new systems Major new technical solutions that describe promising settings for the implementation of linear generators such as diesel generator sets [1] electrical power conversion system vibration waves into electricity [2] combined electric water suplying wind installations [3] and others Effective use of such electric power generators complex linear reciprocating motion can be provided them rational geometric dimensions that allow for sufficient energy performance at minimal volume Especially important for the development of new processing plants based on the conditions of economic feasibility and environmental safety is the use of alternative energy sources rather than internal combustion engines Thus the development and research of linear generator as a device for generating electric power plants that use renewable energy sources is important

GOAL

The purpose of this paper is the rise of energy performance of three-phase permanent magnet linear generator design data by developing and conducting the experiments

ARCHITECTURE OF THREE-PHASE

PERMANENT MAGNET LINEAR GENERATOR

In the baseline version of three-phase permanent magnet linear generator selected generator [4] is designed to convert mechanical energy of reciprocating motion combined electric water suplying wind installations into electrical energy Designs three-phasepermanent magnet linear generator

135

is in Fig1a In the complement of linear electric generator enter not ferromagnetic core 1 ferromagnetic elements 2 permanent magnets from the alloy of NdFeB 3 stator with electric coil 4 material is not ferromagnetic 5 Electric coil (phase A B C) form the stator three-phase system each placed in a closed magnetic cores 4 is divided ferromagnetic material 5 at a certain distance and the axial length of the ferromagnetic elements of the arm is equal to the width of the stator pole shoes and the distance between the poles each phase of the stator - the width of the permanent magnet each generator phase shifted with respect to another at

a distance of 3 + 3

1length of ferromagnetic elements and 3 +

2

1 length

magnets The disadvantage of this generator is increased consumption of materials Is caused by the fact that the magnetic elements have equal thickness throughout its length The aforesaid leads to undue stress in the understatement of the magnetic elements of magnetic remote from the active surface In addition the magnetic stator windings coverage on all their external surfaces leads to maximum dissipation of magnetic flux This negatively affects on the electric power rates

a b c

Fig 1 Sketch design of three-phase permanent magnet linear generator a - linear generator (basic version) b - linear generator (developed)

c - linear generator stator (developed)

OPTIMIZATION OF STATOR LINEAR GENERATOR

To increase electric power rates is possible by improving the design of the stator magnetic core and reduction of material inputs

Sketch of the proposed construction of a linear generator in Fig1b Compared with the basic version of Fig1a stator magnet linear generator differs presence of such features magnetic wire designed as a star a star has a multibeam type star-rays come from active surface coil rays directed from the active surface of the radius the total area of cross-sectional area are not less than beams magnetic core diameter of boring ratio of total

136

basal area of beams and square magnetic core diameter of boring at the same distance from an arbitrary start the rays

Description of proposed design features explained in Fig 1b Stator of magnet linear generator consists of a set of modules 6 successively established along the longitudinal axis and distant from each other nonmagnetic elements 7 Stator has an internal active surface 8 Module 6 has a winding 9 covered by magnetic wire 10 For ease of installation winding 9 magnetic wire 10 of module 6 along the longitudinal axis stator connectors should comply with two parts 11 and 12 From the technological point of view of 11 and 12 module 6 should be equal Magnetic wire 10 is designed as a multibeam stars 13 14 rays which leave the active surface 8 to the radius to it Thus the total area of cross beams on A - A on an arbitrary distance l from the beginning not less active in the area of magnetic core diameter Da boring

n times S ge Sа

where n - number of rays S - section area of the beam mm Sa - active magnetic area on the boring diameter mm

Thus due to implementation magnetic core in a multibeam star magnetic materials consumption is significantly reduced as not all of its volume filled with ferromagnetic material the presence of such zones significantly reduces the dissipation of magnetic flux which increases energy performance of a linear electric generator stator

According to the sketch of Fig 1b magnetic cores manufactured in Fig 2 and the electric coil Fig 3 which have become integral parts of the developed laboratory model of cylindrical three-phase permanent magnet linear generator Fig 4 and 5

a b c

Fig 2 Core of magnetic wire a b - are the modules core of magnetic wire c - is magnetic wire in the collected kind for one phase

137

a b

Fig 3 Electric coils a - is an electric coil b - an electric coil is set in the module of magnetic wire

Fig 4 Laboratory standard three-phase permanent magnet lineargenerator

Fig 5 Mobile magnetic system (inductor)

ARCHITECTURE OF SPECIALIZED STAND

In connection with absence of mass production of stands for realization of researches of linear generators the mobile element of which executes the recurrently-forward moving for a construction the sketch of specialized stand [5] On this stand it is possible to test linear electric machines both in the motive and in generator modes the mobile element of which executes the recurrently-forward moving Especially it touches experimental researches of linear electric machines with the small size of motion and variable frequency of recurrently-forward motion Thus during the small segment of motion and time it is necessary to execute the acceleration of

138

mobile element motion with permanent speed braking revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-east

The sketch of construction of specialized stand for experimental researches of linear generator at placing of mobile element in a midposition is represented on Fig 6

a b

Fig 6 Sketch of construction of specializedstand for experimental researches of linear generator a - is a frontal kind b - is a type of A

A stand for experimental researches has a power frame 1 on which a proof-of-concept electro-magnetic linear generator is set 2 and circulating electric machine of direct-current 3 A stand is set on a laboratory table 4 laboratories of experimental researches On the shaft of the rotor rotary electric DC machine 3 mounted disk 6 (Fig7а) Disk 6 related to the mobile element 7 linear electric machine 2 by means of lever 8 (Fig 7b) Lever 8 on one end has a connecting element 9 and on the second - hob 10 Ability to rotate of connecting element 9 provided due to bearing 11 hardly mounted on its surface and set in the holder of a 12 lever 8 Connecting element 9 of a lever 8 constrained by means of screw-thread connection with a disk 6 Hob 10 of a lever 8 connected with a roller mechanism 13 set on a mobile element 7 linear electric machine 2 Copulas of mobile

139

element 7 roller mechanism 13 of a hob 10 provided due to an axis 14 Roller mechanism 13 has the opportunity to move in sending 15 Planes of rolling 16 sending 15 placed in parallel to longitudinal wasp 17 linear electric machine 2 that is why and roller mechanism 13 moves during a longitudinal axis 17

a b

Fig 7 Disk (а) and lever (b) of crank-type-piston-rod mechanism

Disk 6 has a row of opening 18 for connection with the connecting element 9 of a lever 8 Opening 18 placed on different distance from the center of disk 6 On Fig7а distances from a center are represented as R1 R2 R3 Thus distance from the center of disk to the center of opening equal to the half of necessary at researches motion of mobile element 7

Thus due to implementation of stand in the offered kind possible test of linear electric generators of recurrently-forward motion here the size of motion of mobile element is set by distance from the center of disk to the center of opening on a disk and frequency of moving is regulated by speed of rotation of rotor of electric machine of direct-current

On Fig 8 shows a general view of the special stand built for experimental research under the thumbnail Fig 6 comprising a DC motor control system 2 crank-crank mechanism 3 frame 4 for installation of electric drive and investigated linear generator gauges 5 and the electrical load 6 Three-phase resistive load is three rheostats type RSP-2U3 (TU 16527197-79) to draw up to 1 A range of changes in load resistance 0 170 Ohm

140

Fig 8 A general view of stand for experimental researches three-phase electro-magnetic linear generator with the connected loading

and measuring devices

RESULTS

Defined dimensions and the electric parameters of three-phase permanent magnet linear generator are given in a tabular kind

Table 1Weight of basic sites and elements of linear generator

пп

Name of elements Weight

kg Quantity

Total weight

kg

1 Mobile magnetic system 416 1 416

2 Core to magnetic wire 271 6 1626

3 Coil (a puttee wire Oslash is a 09 mm of brand of ПЭТ-155 by an area to the cut of 0635 mm

2 number of winding - 1300)

2555 3 7665

4 Corps 1673 1 1673

5 Other elements 1185

Gross weight of generator 4600

Measuring of resistance of coil linear generator is conducted to the direct current with the use of method of voltmeter and ammeter Such requirements were thus observed a voltmeter joined the outputs of puttee directly an amount of disconnecting contacts in a chart was minimum the source of direct-current was a storage battery of 5NK125 the shows of devices were removed simultaneously measuring of pure resistance was conducted at an ambient temperature - 28 0С at duration of measuring of not more than 1 minute at what the temperature of coil differed from an ambient temperature no more than on 3 0С The results of measuring are added to the table 2

2 1

4

6

5

3

141

Table 2Pure resistance of coils linear generator

Measuring chain Shows of devices Certain

resistance Ohm U B I A

Phase A С1-С4 68 0583 1166

Phase B С2-С5 68 058 1171

Phase С С3-С6 68 0579 1173

Measuring of inductance of electric coils with magnetic wire from ferromagnetic material is conducted for terms analogical to the operating condition as inductance of such coils depends both on the size of current and from frequency For realization of measuring the method of measuring of inductance is used by means of ammeter voltmeter and wattmeter at a feed from tension of industrial frequency The results of measuring are added to the table 3

Table 3Inductance of electric coil linear generator

Own inductance ofcoil without ferromagnetic core

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance L0 H P W U B I A

156 570 115 118 4813 0153

Inductance of coil from core magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance LМ H P W U B I A

1142 570 0306 122 18587 0592

Inductance ofcoil is with magnetic wire and coinciding of poles of the mobile magnetic system with extremities to magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Ld H P W U B I A

0509 570 0205 1211 2778 0885

Inductance of coils with magnetic wire at being of intervals between the poles of the mobile magnetic system symmetric between extremities to

magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Lq H P W U B I A

078 570 0255 120 22302 071

As a result of the conducted experiment for mechanical frequency of vibrations of the mobile magnetic system (inductor) of fr = 5 Hz with amplitude even to the half of pole step of linear generator and by resistance of loading in every phase of Rн = 35 Ohm an oscillograph is remove the form of curves of phase tension and current (Fig 9) For phase tension on-

142

loading UАN = 20 B and UВN = UСN = 40 B accordingly the size of current arrives at 05 A and 1 A

Form of tension in the puttee of phase A close to the sinewave A characteristic feature for this case is that electric frequency of tension of

phase A equal to the doubled mechanical frequency 10f2f re Hz It is

caused by that in times of one period of mechanical vibrations of inductor

rr fT 1 size of magnetic thread coupled with the puttee of stator

consistently passes for this time twice repeats the same values that results in doubling of electric frequency of tension (in relation to mechanical frequency of vibrations of inductor)

Tension in windings of phases B and С is characterized by electric frequency equal to mechanical frequency of vibrations of inductor -

5 re ff Hz and characterized by a change in space on a size 3

2and

3

4 in relation to a phase A accordingly Equality of frequencies for this

case is conditioned by a that circumstance that the period of change of

thread is equal to the period of mechanical vibrations of inductor rr fT 1

a b

Fig 9 Form of phase tension (а) and current (b) a three-phasepermanent magnet linear generator

143

Also it costs to notice that in the case of three-phase implementation of permanent magnet linear generator except for the difference of electric frequencies the presence of harmonic constituents takes place in every phase

CONCLUSIONS

1 The increase of power indexes of cylindrical three-phase permanent

magnet linear generator is possible due to implementation to magnetic

wire as a multibeam star which considerably diminishes to decrease in

the amount of material magnetic wire so however all its volume is filled

by ferromagnetic material and the presence of such areas diminishes

dispersion of magnetic thread considerably

2 Experimental research of linear electric generator needs drive

mechanism able to give to the mobile element (to the inductor) of the

recurrently-forward moving with the small size of motion and variable

frequency of recurrently-forward motion The use of specialized stand

allows during the small segment of motion and time to execute the

acceleration of mobile element motion with permanent speed braking

revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-

east

3 Implementation of electro-magnetic linear generator in the three-phase

system is characterized by the difference of electric frequencies and

presence of harmonic constituents in every phase thus electric

frequency of tension of phase A equal to the doubled mechanical

frequency re ff 2 and tension in coils of phases B and С is

characterized by electric frequency that equal to mechanical frequency

of vibrations of inductor re ff

4 It is recommended to use generate permanent magnet linear

generators electric energy for the feed of electro-consumers not

whimsical to quality of electric energy or charging of storage batteries

with next transformation to the pressure inverter with necessary

parameters for the feed of electro-consumers

REFERENCES

1 The linear petrol generator (diesel engine-generator) [Elektronny

resource] JG Skoromets Advertizing-information magazine

laquoElectrotechnical marketraquo ndash 2008 ndash 5(23) ndash 15 pages ndash Access

144

mode to magazine httpmarketelecrunomer22linejnyj-

benzogenerator-dizel-generator

2 M Leijon O Danielsson M Eriksson K Thorburn H Bernhoff J

Isberg J Sundberg I Ivanova E Sjőstedt O Aringgren KE Karlsson

A Wolfbrandt An electrical approach to wave energy conversion

Elsevier Ltd Renewable Energy 31 (2006) 1309ndash1319

3 The analysis of balance of power of thewind power system with

combined electricity supply and water pumping[Elektronny resource]

VV Kozyrsky VV Vasilenko AV Petrenko Scientific reports of

NUBiP Ukraine ndash 2009 ndash 1(13) ndash С15 ndash Access mode to

magazine httpndnauueduua

4 Patent UA 41883 IPC (2009) H02K 3500 Permanent magnet

linear generator VV Grebenikov AV Petrenko Published

10062009 The bulletin 11

5 PatentUA 50161 IPC (2009) G01R 3134 Н02К 41025 The stand

for research of the linear electric machine VA Barabash MV

Bogaenko VV Kaplun VV Kozyrsky AV Petrenko VS Popkov

NUBiP Ukraine Published 25052010 The bulletin 10

145

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L

Kiev National Economic University named by VHetrsquoman (Ukraine)

LaRouche movement (USA) Kiev National Economic University named by V Hetrsquoman(Ukraine)

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory

SUMMARY

So the problem of creating energy budget of each territory is exists And S Podolynsrsquoky proposed a method in which we can easily create energy budget and use this energy without any harm for nature Problem of using or not using alternative sources of energy should be solved by humanity in the way of rightly using alternative sources of energy Thus we should create energy budget of territory and widely use it

INTRODUCTION

Today from our point of view due to some problems of energy such as environmental it is important analyze so-called energy budget of territory Because we do not have well-established scholars over Ukraines energy strategy including appropriate plant operation development of alternative energy sources including prospects to develop agriculture Study of Scientific Heritage S Podolynsrsquoky allows him to consider approaches to improve the concept of our country in particular energy budget of its territory

MATERIALS AND METHODS

At a time when the linear model of aggressive economic growth seen in the coordinates of human - society human - environment we received a number of natural disasters shortage of natural resources and the devaluation of financial unit as a market regulator

146

Scientific achievements S Podolynsrsquoky carried out on the edge of natural and social sciences He was the first who combinated the physical processes with economical methodologically demonstrated need of the synthesis of natural and cost parameters store solar energy in the process of economic activity So today we must apply a macroeconomic approach which would be focused on adequate outcomes of natural systems [1] which consider the components of the system human - society - ecology in reciprocal communication Only in such coordinates can find an optimal solution and for the further development of humanity - to ensure sustainable development (Fig 1)

Fig 1 ndash Model of sustainable development

Difficulty links between different components of this system does not permit today to build such a conceptual model of it that would adequately describe the interaction between its components and the environment Such model should meet the requirements of structural dynamic and information completeness In such cases carry out decomposition of the system understanding under this procedure - the selection and examination of all major subsystems that affect the ultimate goal of the system It is possible on the basis of deductive approachUsing elements of deductive approach the energy budget of any territory can be presented in the scheme (Fig 2)

Sustainabledevelopment

147

Fig 2 ndash Scheme of the ldquoEnergy budget of territoryrdquo

In terms of system analysis of this structure can be classified as

open system where matter and energy are transformated

system is not homogeneous as its structure can be distinguished as the set of subsystems

a system in which signs of the product (quantity quality etc) make it

difficult to determine its value

148

RESULTS AND DISCUSSIONS

A key element of the studied system is energy On the one hand it is one of the basic properties of matter the total measure of all forms of movement on the other - the ability to perform some work or the source of the force which will perform the work Hence the energy in general we understand the ability to develop force At the same time converting and makes energy conservation work this leads to its accumulation at the disposal of mankind The role of energy conservation law in society and the impact of people on the transformation of energy on Earth showed S Podolynsrsquoky [2] He gave an analysis and classification of types and sources of energy available to mankind at that time This - solar energy (radiation photosynthesis wind falling water) energy of Earths rotation (inflows) accumulated on the Earth Solar energy (coal oil) Movement and transformation of matter and energy in the ecosystem is shown in Fig 3

149

Fig 3 ndash Scheme of movement and transformation of matter and energy in ecosystems

Sun continues to offer us a huge amount of non converted energy and its stock is still very large But it does not run that the distribution of energy on the Earths surface would be most beneficial to human life [2 p211] Possibility of the better distribution of the energy - to some extent ndash is in the hands of the person

Quantitative characteristic in this case is ldquoenergy capacityrdquo - the property system to perceive process absorb and transport the external energy and give it away outside the system This property is closely linked to productivity as evidenced by the last unit of measure - the mass or amount of energy that is concentrated in the mass In a mass of different substances are different amounts of concentrated energy Types of energy and their characteristics are presented in Table 1

Table 1 Types of energy and their characteristics

Types of energy

Characteristics

Internal energy Energy system which depends on the internal state of the system (it includes all forms of energy system components)

Mechanical energy

The energy of mechanical motion and interaction of bodies or their parts (energy magnetic field - magnetic energy electromagnetic energy fields - electromagnetic energy energy of moving particles - the kinetic energy energy particles fixed in a gravitational field - potential energy energy of the atomic nucleus - nuclear energy)

Heating energy Level or change the thermal state (heat) system (the body) during the process

Electric energy The energy of interaction and motion of electric charges

Investigating energy S Podolynsrsquoky proceeded from the fact that the amount of energy is a universal value that is unchanged But in some parts of Earth it is distributed unevenly causing widespread tendency to counterbalance it and the gradual dissipation Regarding energy as global figure S Podolynsrsquoky showed persons ability to influence on its movement and accumulation

Natural system receive external energy from the sun which emits gamma spectra of complex rays in a wide range of wavelengths - from 01 to 3000 nm (Table 2)

150

Table 2 Characteristics of the energy Earth receives from the Sun

Spectrum Rays Wavelength nm

The fate of energy

Appointment power

Infrared (invisible) 800 ndash 1100 The existence of purple and green bacterias

Infrared gt 800 49 ndash 84

Light (visible) 380 ndash 800 16 ndash 45

380 ndash 710 Photosynthesis active part of the visible radiation to green plants

Ultraviolet lt 380 4 ndash 5

UV (long-wave) 290 ndash 380 Reach the surface of the Earth

UV(shortwave) Absorbed by the ozone layer of the atmosphere detrimental for everything

250 ndash 300 Rays have a powerful bactericidal effect in small doses are useful

Conservation and energy conversion based on the equation of energy balance Human play the role of the transformer obtained from the Sun to give energy work Structures which was built on Earth have a high price because of work because they spent lots of solar energy Podolynsrsquoky never minimalize role of socially useful work he was more interested in the accumulation of living matter on the planet - or more simply organic matter begotten by the Sun as a precondition for any work and most earthly wealth - absolute capital

Podolynsrsquoky showed that human labor is useful mainly agriculture reducing the scattering of solar energy increases its fate which piled on the Earths surface in the form of transformed energy Also S Podolynsrsquoky made definition for the concept useful work it is all mechanical and mental consumption of human and animal which increasing budget of transformed energy on the earths surface [2 p 281]

It is distinguished two aspects of energy physical and social [3 p 247]

Physical - is to reduce all forms of energy dissipation through the rational use of energy accumulated on the Earth

Social - is to save energy (wealth) between generations In relation to the whole generation it has an integral character

151

Exploring the system in general S Podolynsrsquoky in the work of man and its relation to energy distribution [2 p 281-282] summarizes the components of energy budget areas

The total amount of energy derived Earths surface gradually decreasing but also its accumulation at the disposal of mankind under the influence of increased labor rights and pets

Perfect machine is humanity with all its economy (fields droves machines etc) Productivity increases human consumption of this work on the transformation of higher energies into the higher (production of machines etc)

Use of solar energy as an engine and direct preparation of nutrients from inorganic materials is fundamental to the continuation of the most advantageous energy storage on the Earth

Actions that result in the phenomenon the opposite of work is theft (scattering embezzlement) power of humanity in particular - the war an arbitrary limit of population production of luxury goods and unproductive consumption Instead improvement of human life quantitatively increases the energy budget of each individual

Several types of energy in one area can change one kind to another it should be viewed with exergety position [6] such as

considering the field of environment and their impact on processes of energy conversion

preventing the possibility of an equilibrium system and the environment

In this case the maximum work that can be executed from a given quantity of heat is determined by Carnot

- ambient temperature К

- temperature of the source К

CONCLUSIONS

Thus we can build energy model of our civilization in the form in which it exists in a living reality It should be remembered that the main purpose of humanity should be an absolute increase in energy budget The only limit best possible accumulation of energy on Earth is only the absolute amount of energy from the sun and organic materials that are on earth [4 p 178]

152

REFERENCES

1 GRYNIVL 2009 Development of physical economy new problems

and models Scientific Annals of Kyiv NationalEconomic University

Physicaleconomy researchmethodologyandglobalmissionofUkraine

178-187

2 PODOLYNSrsquoKYS 2000 Works are chosen Кyiv ndash 328 p

3 MAXYMYUKV 2009 Dualism is in a physical economy Scientific

Annals of Kyiv NationalEconomic University Physicaleconomy

researchmethodologyandglobalmissionofUkraine 244-253

4 PODOLYNSrsquoKYS 1990 Works are chosen Montreal ndash 208 p

5 RUDENKOM 2005 Energy of progress Essays are from a physical

economy Тernopilrsquo ndash 412 p

6 DOLINSKI A BRODYANSKI V 1991 Exergyty calculations of the

technical systems Certificate manual Кyiv ndash 360 p

153

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov (Slovak Republic)

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting

INTRODUCTION

Milling is the basic machining process where the surface is created in a progressive removal of material It is operation with interrupted cut where tool performs a rotational movement and workpiece performs a sliding movement Rotational movement of the cutting edge removes material of varying thickness At each turn teeth tool enter and leave from the workpiece [6] each tooth removes a certain amount of material

We know the climb and conventional milling where is a different direction of movement of the cutting velocity vector [3] respectively there is a different direction of feed of the workpiece in the direction of rotation of the milling cutter in the cutting area More attention in this paper will be devoted to climb milling The climb milling is when the direction of feed of the workpiece in the cutting area is consistent with the direction of rotation of the milling cutter (Fig 1) Chip thickness is the greatest at the beginning of machining and toward the end it drops to zero Cutting edge enters the workpiece suddenly and it starts working great thickness of chip This leads to shock loads of cutting edge but there is not sliding effect as in conventional milling There is also developed less heat and the minimum is also proneness to hardening of the workpiece material for cold Great chip thickness is showed positively and the chips sometimes weld on or stick to the cutting edge during machining and it remains so until such work blade [2]

Fig 1 Scheme of climb milling [1]

154

Climb milling is preferred in practise if it allows machine clamping and workpiece [2] The main advantages are efficient cutting longer tool life better quality finishing of surfaces particularly with stainless steel aluminium or titanium alloys However there is a risk of damaging the tool because there is shock load of cutting edge

Chip formation in milling has special significance Correct determination of the value of chip thickness leads to the achievement of good performance of machining and durability of cutting edge tool [2] The monitoring of the chips obtained in milling can provide important information Chip in milling has helical shape and length of chip is limited to a length of the arc cut in the material The final shape of the chip can be controlled by control of cutting conditions for milling operations For example [6]

Chip width depends on the depth of cut and the longest chip is achieved at milling grooves

The length of chip depends on the cut width and tool diameter ndash larger tool diameter means longer chip

Chip thickness is proportional to the feed per tooth with a cut width

Chips obtained in the milling should be regular and they should have the same color

If cooling is used in milling there should not be observed thermal effects on chip

It is important that the chip does not remain in the cut area If there are chips irregular or needle-like or there are different colored chips it means that the cutting conditions are not appropriately chosen or cooling is not efficient or there are vibrations or the tool cutting edge is worn [6]

The mean chip thickness

While micro viewing at the milling encounter with ldquothe minimum chip thicknessrdquo ie depth of cut and feed are very small (in terms of cutting edge radius or smaller) and no chip is formed [5] so in macro viewing at the milling encounter with ldquothe mean chip thicknessrdquo Maximum chip thickness hmax should be examined together with the setting angle of the main cutting edge in order to ensure satisfactory coverage tool and to avoid overloading the cutting edge Chip thickness in milling is a variable [4] and provides very complicated For this reason in many views it is more advantageous to work with medium chip thickness hm (Fig 2) [2]

Fig 2 Chip thickness in milling [2]

155

In plane milling with side and face milling cutter is the mean chip thickness calculated using a relatively simple formula (1) [6] According to the machining method formula includes the values feed per tooth cutting depth and width of cut The determining factor is also the diameter of milling cutter it affects the contact angle φ cutting edge milling cutter with workpiece Chip thickness also affects the setting angle of the main cutting edge [2]

(1)

where fz feed per tooth [mm] ae radial depth of cut [mm]

D diameter of milling cutter [mm]

hm the mean chip thickness [mm]

Machinability according to shape of chip [3]

Current approaches for assessing of materials machinability are different and have significant benefits In a general sense machinability should be understood as a qualitative condition of the material in the way of his character falls to affect the cutting tool According to machinability is considered the appropriateness of material for the chosen mode production in theprescribedapplication ofqualitativeandeconomic requirements In practical view the distinction relative machinability is related to the base ndash a reference material In order to machinability knowledge of practical use the materials should be formally included in the classes and groups according to proportional machinability to the reference material

Machinability degree the material is the ratio of the cost of producing the same part of the reference material on the same cutting conditions using the same production equipments the same tools and under the same requirements for quality and precision of machined surfaces

Material has better machinability what it is

higher cutting speed in the tool life

less loading the tool cutting forces

achieved less value Rz or Ra and higher precision machined surfaces

more crumbled chips (smaller volume coefficient of the chips w)

lower temperature of the cutting These criterions are often in contradiction Therefore in the fixed conditions is preferred that which is important in view of machining result For example in roughing it is important kinetic and dynamic machinability in finishing it is micro geometric machinability

156

Machinability of materials according to shape of chip is used in the assessment of tough materials where chip is important for the course of technological process The shape of chip can be evaluated for example radius of curvature rt or volume coefficient of the chips w [2]

(2)

where Ktt machinability according to shape of chip

rte radius of chip curvature reference material [mm]

rt1 radius of chip curvature examined material [mm]

we volume of chips obtained during the machining of reference material [mm3]

w1 volume of chips obtained during the machining of examined material [mm3]

Concurrently used tool geometry and cutting conditions affect for both the criterion

CONDITIONS FOR OBSERVATION OF CHIP FORMATION

Milling was realized on a vertical milling machine Avia (FOP) with short slot milling cutter Monolith cutter was used to smooth cylindrical shank with diameter 6 mm with two teeth made of HSS Co8 without coating (Fig 3) The cutting material is a high performance steel with good toughness and excellent thermal resistance Particularly suitable for machining high strength materials austenitic steels steels for hot forming etc

Fig 3 Milling cutter

Helix angle λ was 25deg and rake angle γ was 12deg the magnitude of the helix angle from 25deg to 35degis a basic choice for roughing and finishing of all materials The advantage is versatility with a good balance of cutting forces and the disadvantage is that this is not always productive [5]

At one milling cutter was applied coating AlTiN (monolayer) with thickness 1-3 μm with anthracite colouring Thermal resistance of this coating is 800 degC the friction coefficient against steel in dry conditions is 07 and the key properties of this coating are its high hardness and excellent oxidation resistance

Chip formation was observed on three different materials For carbon steel EN C45 with a carbon content C = 042 to 050 often used as reference

157

material Other materials were manganese-chrome steel EN 16MnCr5 with a carbon content C = 014 ndash 019 and chromium ndash nickel steel EN X5CrNi18-10 with a carbon content C = 0029 Depth of cut ap was 1 mm and feed per tooth was 0022 mm as shown in the scheme of machining (Fig 4)

Fig 4 Diagram of machining

RESULTS

From the milling of materials different speeds were selected representative sample of chips from each group (Tab 1) It is possible to suppose that the length of chip is the same because length of chip depends on the width of cut and tool diameter in milling and the present experiment different materials were machined with the same tool geometry and made from the same material Therefore attention will be given chip thickness and its radius of curvature ie shape of chip

158

Tab 1 Frames of chips at 50 times magnification

Material n1 = 224 otmin-1

vc1 = 4 mmin-1

n2 = 450 otmin-1

vc2 = 8 mmin-1

n3 = 900 otmin-1

vc3 = 16 mmin-1

EN C45

EN 16MnCr5

EN X5CrNi18

-10

As already mentioned above milling is a typical method of machining where there is a change in cross ndash chip during machining ie the chip thickness is not constant throughout a whole mesh The maximum chip thickness is equal to the feed per tooth hmax = fz = 0022 mm It is preferable to work the mean chip thickness hm equal to 00087 mm according to the formula (1) see Fig 4

On the basis of formula (2) ie by comparing the radius of chip curvature at different materials under the same conditions of machining it is possible to assess the machinability The spiral chip can be evaluated radius of chip curvature according to formula (3)

159

(3)

Before substituting into the formula it is important to choose a reference material which would show optimum machinability according to the radius of chip curvature It would then be possible to sort materials into groups machinability by virtue of the reference material In this case there will be compared machinability of three materials using formula (2) where as reference material was selected carbon steel EN C45

By comparing each radius of chip curvature at cutting speed of 4 mmin-1 that is almost equal Substituting into formula (2)

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

As is evident from the calculations machinability according to shape of chip at cutting speed 4 mmin-1 is almost the same and equal to one This means that machinability of both materials is good at the speed 4 mmin-1 if chosen reference material real corresponds with optimal machinability according to shape of chip If machinability according to shape of chip Ktt is closer to the one then machinability is better at the conditions of machining In examining materials machinability according to shape of chip at cutting speed of 8 mmin-1 there are observed differences in the radius of chip curvature

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

From these calculations i tis possible to conclude that material EN 16MnCr5 has better machinability than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed 8 mmin-1 because 0839 is closer to one whole Machinability according to shape of chip was solved by analogy at cutting speed of 16 mmin-1 but the first there was designated the mean radius of chip because of spiral character creating chips For material EN 16MnCr5 is Ktt = 116 and for material EN X5CrNi18-10 is Ktt = 066 So material EN 16MnCr5 has better machinability according to shape of chip than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed of 16 mmin-1 as well

This argument can also be compared on the basis of material content of chemical elements which also affect the machinability of the material Chemical elements in these materials which the most affect machinability is shown in Table 2 (Tab 2)

160

Tab 2 Chemical elements affecting the machinability of materials

Material C Mn P Cr

EN C45 042 ndash 050 050 ndash 080 004 max 025

EN 16MnCr5 014 ndash 019 110 ndash 140 0035 080 ndash 110

EN X5CrNi18-10

0029 187 003 1826

Hardness of the steel increases with carbon content similar machinability decreases if carbon content increases The impact of individual elements in steel on its relative machinability [3]

C ndash Increasing the carbon content leads to deterioration by the dynamic and kinetic machinability (increases strength and hardness of steel) In finishing where it depends on the quality of machined surfaces higher carbon content improves micro geometry machinability

Mn ndash The effect manganese is bound to carbon content With the increase of manganese content is aggravated by the kinetic and dynamic machinability However with the increase manganese content micro geometry machinability improves

P ndash Phosphorus reduces the plasticity of steel already at content an 01 significantly improves the machinability and supports breaking chips

Cr ndash With more content increases the strength and toughness of steel it deals to deterioration by the dynamic and kinetic machinability but it improves micro geometry machinability

CONCLUSION

Milling is one of the basic methods of machining where material is removed interrupted cut A characteristic feature of this operation is that the removed material does not have a constant section ie the observed chip thickness is variable value That is why the mean chip thickness hm was determined From groups of chips which were obtained in milling at given cutting speed were chosen representative samples There was noted the radius of chip curvature under 50 times magnification However it has to be taken into account the inaccuracy of this method because the chip thickness is not constant and there is some distortion The selection the reference material was assumed that material EN C45 has optimal machinability and was chosen as the reference material All three materials have good machinability according to shape of chip at cutting speed of 4 mmin-1 When increasing the cutting speed there was observed the first changes and material EN 16MnCr5 has better machinability than material

161

EN X5CrNi18-10 Machinability according to shape of chip was also confirmed by machinability according to content of chemical elements in the material According to the carbon content could be said that the material EN 16MnCr5 has the best machinability but the chromium content makes the material tougher and so makes its kinetic and dynamic machinability worse Since corrosion resistant steel EN X5CrNi18-10 has the largest chromium content ie is tough and therefore has worse kinetic and dynamic machinability than previous materials If the goal was to get a good surface quality would be material EN X5CrNi18-10 in the first place thanks to the highest manganese content Machining was recorded using high speed camera Phantom For the records it was observed twisting of chip and their removal from the cutting zone Chips were twisted into certain radius but in machining stainless steel higher cutting speeds were the highest recorded value of the radius of chip curvature Observation of chip formation is more extended in turning than in milling However it is important to follow the features of various technological operations because each is different and brings a deeper understanding of relations of technological processes

REFERENCES

1 DeGarmo E P et al Materials and Processes in Manufacturing John Wiley amp Sons Inc New York 2003 ISBN 0-471-65653-4 s 1154

2 Sandvik Coromant Přiacuteručka obraacuteběniacute Scienta Praha 1977 ISBN 91-97-22-99-4-6 s 457

3 Vasilko K Teoacuteria a prax trieskoveacuteho obraacutebania Cofin Prešov 2009 ISBN 978-80-553-0152-5 s 530

4 KUŠNEROVAacute Milena et al Derivation and measurement of the velocity parameters of hydrodynamics oscillating system In Strojarstvo Journal for theory and application in mechanical engineering vol 50 no 6 (2008)p 375-379 ISSN 0562-1887

5 Ducobu F Filippi E Rivieacutere-Lorpheacutevre E Chip Formation and Minimum Chip Thickness in Micro-milling [cit 23122010] Dostupneacute na internete

lthttpwwwgeniemecafpmsacbeRechercheArticlesducob2009apdfgt

6 HSS Smart Guide 05 Milling [cit 1432010] Dostupneacute na internete lthttpwwwhssforumcomSmartGuideENhtmgt

The paper was created with the support of the Ministry of Education Science Research and Sport of the Slovak Republic through grant VEGA 1088510 and in cooperation with the Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering

162

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim

SUMMARY

Polish membership into the European Union has given great opportunities to use various forms of support and created new conditions for agricultural development Although the introduction of an attractive payment system under the agri-environmental program was implemented organic farms are still at margin We have seen almost double the number of organic farms (from 9187 to 17138 farms) between 2006 and 2009 but still they constitute a small proportion of the total number of farms overall

The aim of this study was to analyze the development of organic farms in the years 2006 - 2009 in Masovia using as an example of an organic farm in Jankowice and available literature Conducted a case study of an organic farm located in the province and then used the results as the basis for the SWOT analysis It was found that the development of organic farms are restricted by a lack of organization of the market for organic products in particular the lack of proper distribution systems advertising and promotion Organic farms seem to function mostly due to the subsidies received from the government than from the sales of organic products themselves

WSTĘP

Postępujące skażenie środowiska i żywności stanowi realne zagrożenie we wspoacutełczesnym świecie Za to skażenie odpowiedzialny jest nie tylko przemysł ale roacutewnież rolnictwo gdzie korzysta się z nawozoacutew sztucznych i toksycznych środkoacutew ochrony roślin W celu poprawy tej sytuacji dąży się do redukcji szkodliwych środkoacutew chemicznych i przejścia na organiczne metody uprawy

W wysoko rozwiniętych krajach rolnictwo tradycyjne przez masowe stosowanie przemysłowych środkoacutew produkcji (środki ochrony roślin nawozy mineralne itp) oraz postęp biologiczny (wydajne rasy zwierząt i wysoko plonujące odmiany roślin) osiągnęło wielki postęp produkcyjny co doprowadziło do szeregu ujemnych konsekwencji

następstwem nadprodukcji artykułoacutew żywnościowych jest spadek ich cen (poza ostatnim okresem wynikającym z następstw pogodowych i spekulacyjnych) i opłacalności produkcji

163

spadek zaufania konsumentoacutew do jakości żywności produkowanej intensywnymi metodami wynika z zagrożeń związanych ze skażeniem produktoacutew dioksynami czy BSE (zwaną potocznie bdquochorobą szalonych kroacutewrdquo)

postępująca degradacja środowiska wynikająca z nasilenia się niekorzystnego wpływu rolnictwa na środowisko naturalne (takiego jak spadek żyzności gleby zanieczyszczenie woacuted powierzchniowych i gruntowych)

W Polsce aby nie dopuścić tego rodzaju zjawisk społecznych i przyrodniczych zaistniała pilna potrzeba zmiany polityki rozwoju rolnictwa i obszaroacutew wiejskich Członkostwo Polski w Unii Europejskiej dało duże możliwości korzystania z roacuteżnych form wsparcia oraz stworzyło nowe warunki dla rozwoju rolnictwa Komisja Europejska zaproponowała strategiczne podejście ktoacutere znalazło swoje odbicie w Programie Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich (PROW) PROW jest dokumentem ktoacutery określa zakres i rodzaj wsparcia obszaroacutew wiejskich w Polsce Z uwagi na dobry stan środowiska przyrodniczego oraz znaczną roacuteżnorodność biologiczną Polski wprowadzono stosowne instrumenty wsparcia i motywacji dla producentoacutew rolnych ktoacutere sprzyjają utrzymaniu i poprawie stanu środowiska przyrodniczego W ramach Planu Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich producent rolny ktoacutery prowadzi gospodarstwo metodami ekologicznymi może otrzymać dotację do hektara upraw ekologicznych na podstawie wniosku o przyznanie płatności z tytułu wspierania przedsięwzięć rolno środowiskowych i poprawy dobrostanu zwierząt (w ramach pakietu Rolnictwoekologiczne) Rolnik ktoacutery posiada certyfikat bądź rolnik ktoacutery dopiero rozpoczął produkcję ekologiczną może ubiegać się o dofinansowanie

Jednakże Polska wciąż nie jest w czołoacutewce krajoacutew członkowskich UniiEuropejskiej a produkty rolnictwa ekologicznego wciąż stanowią margines ogoacutelnej produkcji rolnej Według stanu na dzień 31 grudnia 2009 roku w Polsce gospodarstwa o profilu ekologicznym prowadziło 17 091 rolnikoacutew co stanowiło zaledwie około 1 ogoacutelnej liczby gospodarstw rolnych

MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ

Badaniem objęto gospodarstwo ekologiczne w Jankowicach w powiecie radomskim w wojewoacutedztwie mazowieckim W przeprowadzonym badaniu posłużono się metodą studium przypadku (case study) przy użyciu kwestionariusza wywiadu ktoacutery stanowił podstawowe źroacutedło informacji do opisu i analizy gospodarstwa Jest to metoda oparta na szczegoacutełowym opisaniu określonego przypadku ktoacuterego analiza kończy diagnozę wnioskiem Studium przypadku pozwala spojrzeć na problemy w obszerniejszym kontekście i tworzyć alternatywne rozwiązania jednak nie może stanowić podstawy do uogoacutelnień

164

W celu uzupełnienia tej metody badawczej zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron organizacji oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu Nazwa SWOT jest akronimem angielskich słoacutew Strengths (mocne strony przedsiębiorstwa) Weaknesses (słabe strony przedsiębiorstwa) Opportunities (szanse w otoczeniu) Threats (zagrożenia w otoczeniu) Celem analizy jest pokazanie istniejących w przedsiębiorstwie możliwości produkcyjnych i szczegoacutełowe określenie perspektyw organizacyjnych Program działania ustala się na podstawie jego silnych stron (atutoacutew) natomiast eliminację pomyłek w przyszłości wyznacza się z analizy słabości

Analizę opracowano na podstawie dostępnej literatury bdquoMetoda analizy SWOT jako narzędzie analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesurdquo autorstwa R Baum i W Wielicki

Analizę mocnych i słabych stron gospodarstwa przeprowadzono oceniając czynniki elementarne w pięciu obszarach krytycznych takich jak pozycja rynkowa organizacja i zarządzanie zasoby finanse sytuacja prawna W obszarze bdquopozycja rynkowardquo rozpatrywano dwa subobszary pozycję konkurencyjną na rynku wojewoacutedztwa oraz stopień rozwoju w produkcji Oceniając pierwszy subobszar brano pod uwagę możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji oraz dystrybucję Na ocenę stopnia rozwoju w produkcji złożyły się stopa rozwoju w ostatnich latach potencjał oraz liczba konkurentoacutew

W obszarze bdquostan organizacji i zarządzaniardquo poddano ocenie trzy czynniki elementarne tj struktura organizacyjna rozlokowanie przestrzenne majątku i napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń) Obszar bdquozasobyrdquo był najbardziej złożony z ocenianych Składał się z pięciu subobszaroacutew zasoby ludzkie zasoby technologiczne zasoby rzeczowe zasoby finansowe i zasoby niematerialne Kwantyfikacji zasoboacutew ludzkich dokonano wartościując kwalifikacje kadry kierowniczej Do oceny zasoboacutew technologicznych brano pod uwagę wdrażanie nowych technik i technologii produkcji szanse unowocześnienia i zmian w technologiach oraz stosowanie płodozmianu

W zasobach materialnych przeprowadzono analizę czterech subobszaroacutew tj budynkoacutew i maszyn zapasoacutew ziemi i inwentarza żywego Zasoby finansowe gospodarstwa analizowano w kontekście dostępu do źroacutedeł finansowania i proporcji środkoacutew własnych w tym finansowaniu w stosunku do środkoacutew z zewnątrz Kryteriami branymi pod uwagę w subobszarze zasoby niematerialne były reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie marka znak firmowy oraz nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe Analizując sytuację finansową oceniano rentowność i zadłużenie Ostatnim obszarem branym pod uwagę w analizowaniu mocnych i słabych stron przedsiębiorstw rolnych była ich sytuacja prawna czyli stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

165

roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych oraz wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

W analizie czynnikoacutew otoczenia mających wpływ na efektywność gospodarowania rozpatrywano obszary dotyczące sytuacji makroekonomicznej rynkowej konkurencyjnej zaopatrzeniowej technologicznej geograficznej i społecznej Na stan sytuacji makroekonomicznej składają się następujące czynniki stan gospodarki i prognozy jej rozwoju poziom inflacji i oprocentowanie bankowe kredytoacutew W ocenie sytuacji rynkowej brano pod uwagę sieć sprzedaży Kategorie czynnikoacutew związanych z konkurencją rozpatrzono z dwoacutech punktoacutew widzenia liczbę konkurentoacutew oraz stopień ekspansji konkurencji na rynku Analizując stan zaopatrzenia oceniano warunki zaopatrywania się w środki produkcji oraz ceny usług i źroacutedeł energii W ocenie obszaru bdquopostęp technologicznyrdquo wyszczegoacutelniono dwa czynniki stosowane metody produkcji i stosowany sprzęt techniczny W grupie czynnikoacutew składających się na sytuację geograficzną otoczenia brano pod uwagę zmiany klimatyczne oraz umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew

W obszarze sytuacja społeczna oceniano głoacutewnie preferencje konsumenckie

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Wyniki wywiadu ktoacutere uzyskano na podstawie kwestionariusza w metodzie studium przypadku przedstawiono wraz z wynikami potrzebnymi do opisu i analizy gospodarstwa w tabeli 1

Tabela 1 Studium przypadku ndash działalność gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

POZYCJA RYNKOWA

Pozycja konkurencyjna na rynku wojewoacutedztwa

Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji Niewielkie

Dystrybucja (powiązania na rynku stali kontrahenci sprawność kanałoacutew dystrybucji)

brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru sprzedaż głoacutewnie na targowiskach

Stopień rozwoju w produkcji

Stopa rozwoju w ostatnich latach (wzrost areału pogłowia itp)

w ciągu ostatnich 5 lat powiększenie areału o 8 ha zwiększenie pogłowia drobiu do około 1000 sztuk

Potencjał (możliwości zwiększenia produkcji)

Niewielki

Liczba konkurentoacutew w najbliższej okolicy liczbę konkurentoacutew szacuje się na 4 gospodarstwa ekologiczne

166

STAN ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

Struktura organizacyjna gospodarstwo prowadzone jest przez małżeństwo niezatrudniające innych pracownikoacutew

Rozlokowanie przestrzenne majątku Dobre

Napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń)

częste występowanie spiętrzeń w cyklu technologicznym

ZASOBY

Zasoby ludzkie

Kwalifikacje pracownikoacutew gospodarze posiadają wykształcenie zawodowe rolnicze oraz ponad 10ndashletnią praktykę zawodową

Zasoby technologiczne

Wdrażanie nowych technik i technologii produkcji

nabycie ciągnika pługa wahadłowego i wozu asenizacyjnego

Szanse unowocześnienia i zmian w technologiach

Niewielkie

Stosowanie płodozmianu w gospodarstwie praktykuje się duży stopień płodozmianu

Zasoby materialne

Budynki i maszyny

stan techniczny budynkoacutew i maszyn uznać należy jako dobry natomiast stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb jako wysoki

Zapasy wielkość zapasoacutew jest utrzymywana na średnim poziomie warunki składowania są dobre

Ziemia gospodarstwo znajduje się na terenie nizinnym ukształtowanie rozłogu jest korzystne jakość gleb średnia

Inwentarz żywy

stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych jest bardzo dobry wydajność produkcyjna zwierząt oraz ich kondycja została oceniona jako dobra

Zasoby finansowe

Dostęp do źroacutedeł finansowania gospodarstwo korzysta z dopłat z UE w ramach programu rolno środowiskowego

Proporcje finansowania gospodarstwa majątek finansowany jest w przeważającej części przez obce źroacutedła finansowania

Zasoby niematerialne

Reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie

Średnia

Marka znak firmowy nie posiada

Nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe i podobne wartości

posiada certyfikat uprawniający do sprzedaży żywności ekologicznej

167

SYTUACJA FINANSOWA

Rentowność uzyskuje średni wynik rentowności

Zadłużenie

występuje zadłużenie spowodowane wysokim kredytem preferencyjnym spłaty zobowiązań kredytowych pokrywane są na bieżąco

SYTUACJA PRAWNA

Stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

własność prywatna obciążona hipoteką

Roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych nie występują

Wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

nie występuje

SYTUACJA MAKROEKONOMICZNA

Stan gospodarki i prognozy jej rozwoju umiarkowanie korzystne

Poziom inflacji w Polsce inflacja w grudniu 2010 r wyniosła 31

Oprocentowanie bankowe kredytoacutew rolnicy mogą zaciągać kredyty na zakup ziemi oprocentowane na 2 w skali roku

SYTUACJA RYNKOWA

Sieć sprzedaży nie ma jeszcze wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej rynek zbytu formuje się bardzo powoli

SYTUACJA KONKURENCYJNA

Liczba konkurentoacutew w 2009 r w Polsce gospodarstwa ekologiczne prowadziło 17091 rolnikoacutew w wojewoacutedztwie mazowieckim 1673

Stopień ekspansji konkurencji na rynku

w 2009 r gospodarstw ekologicznych było o 15 więcej niż rok wcześniej w 2008 r było ich o 255 więcej niż w 2007 r w 2007 r w odniesieniu do 2006 liczba ta wzrosła o 29

STAN ZAOPATRZENIA

Warunki zaopatrywania się w środki produkcji

Korzystne

Ceny usług i źroacutedeł energii niekorzystne relacje cen pomiędzy środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

168

POSTĘP TECHNOLOGICZNY

Stosowane metody produkcji umiarkowanie korzystne

Stosowany sprzęt techniczny

umiarkowanie korzystne (sukcesywnie do poprawy sytuacji finansowej nabywany jest jakościowo lepszy sprzęt techniczny)

SYTUACJA GEOGRAFICZNA

Zmiany klimatyczne występujące coraz częściej susze ulewy nadmierne opady śniegu

Umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew Korzystne

SYTUACJA SPOŁECZNA

Preferencje konsumenckie rosnący popyt na żywność ekologiczną

W celu uzupełnienia metody studium przypadku zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron gospodarstwa oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu (tab 2)

Tabela 2 Analiza SWOT gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

MOCNE STRONY SŁABE STRONY

CZ

YN

NIK

I W

EW

TR

ZN

E

- wzrost areału w ostatnich latach - korzystne rozlokowanie przestrzenne majątku - ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy - wdrażanie nowych technik i technologii produkcji - stosowanie płodozmianu - dobry stan budynkoacutew gospodarczych - wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb - niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego - dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania - korzystne ukształtowanie rozłogu - bardzo dobry stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych - dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie - dostęp do źroacutedeł finansowania

- brak możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji - brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru - niewielkie możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług - stale zwiększająca się liczba konkurentoacutew - częste występowanie napięć (czy spiętrzeń) w cyklu technologicznym - bardzo duże obciążenia kredytowe - brak własnej marki i znaku firmowego - niewielka renoma na rynku

169

SZANSE ZAGROŻENIA

CZ

YN

NIK

I Z

EW

TR

ZN

E

- stan gospodarki i prognozy jej rozwoju - wsparcie rozwoju gospodarstw ekologicznych przez instrumenty finansowe - niskie oprocentowanie bankowe kredytoacutew - postawy konsumentoacutew zdrowej żywności - warunki zaopatrywania się w środki produkcji - rosnący popyt na żywność ekologiczną-pojawienie się nowych grup klientoacutew - wymiana doświadczeń

- wzrastająca inflacja - słabo zorganizowany rynek dystrybucji produktoacutew ekologicznych - stopień ekspansji konkurencji na rynku - wzrost cen środkoacutew produkcji usług i źroacutedeł energii - postępujące zużycie sprzętu technicznego - niekorzystne zmiany klimatyczne - dominacja na rynku produktoacutew spożywczych taniej żywności o niskiej jakości

Rolnictwo ekologiczne to najbardziej przyjazny przyrodzie sposoacuteb produkcji rolniczej ktoacutery wpływa na zwiększenie żyzności gleby i zachowanie roacuteżnorodności biologicznej i krajobrazowej Nie przeciąża środowiska bardziej niż naturalne ekosystemy oraz wpływa na rozwoacutej wsi w aspekcie kategorii społecznych jak i kulturowych Wyeliminowanie chemii rolnej oraz spożywczej wiąże się z osiągnięciem wysokich wartości biologicznych i zdrowotnych produktoacutew Rolnictwo ekologiczne jest najbardziej wydajnym gospodarowaniem uwzględniając nie tylko koszty produkcji w gospodarstwie ale roacutewnież koszty przyrodnicze i społeczne Inspiruje także do wdrażania efektywniejszej organizacji pracy oraz motywuje i aktywizuje mieszkańcoacutew wsi Rolnictwo ekologiczne to najbardziej optymalna forma gospodarowania Wymaga jednak zaangażowania i wiąże się z ciągłym pogłębianiem wiedzy Celem rolnictwa ekologicznego jest zachowanie roacutewnowagi między zasobami ekologii a wymogami ekonomii

Niejeden producent rolny ktoacutery prowadzi nieintensywną produkcję rolną może rozważyć przejście na ekologiczne metody gospodarowania Korzystne warunki przyrodnicze i społeczne oraz wsparcie finansowe w ramach programoacutew rolnośrodowiskowych są czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rolnictwa ekologicznego w Polsce Unia Europejska oferuje dopłaty dla rolnikoacutew ktoacuterzy zdecydowali się gospodarować ekologicznie w wysokości od 260 zł na hektar rocznie (trwałe użytki zielone) do 1800 zł (uprawy sadownicze i jagodowe) Niskie oprocentowanie kredytoacutew preferencyjnych daje możliwość nabycia maszyn dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować zatrudnienie

Inflacja należy do najbardziej groźnych czynnikoacutew elementarnych o charakterze politycznym i ogoacutelnoekonomicznym mających nadal

170

niekorzystny wpływ na efektywność gospodarowania dlatego stanowi zagrożenie dla funkcjonowania gospodarstwa

Niekorzystnie przedstawia się brak systemu właściwej dystrybucji Nie ma obecnie zbyt wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Rynek zbytu formuje się bardzo powoli dlatego przedsiębiorcy ostrożnie przymierzają się do prowadzenia firm w tej branży

Istotnym zagrożeniem dla funkcjonowania gospodarstwa ekologicznego są zmiany klimatyczne to jest susze ulewy czy nadmierne opady śniegu ktoacutere mają bezpośredni wpływ na produkcję roślinną

Analizowane gospodarstwo ekologiczne znajduje się w miejscowości Jankowice w wojewoacutedztwie mazowieckim Gospodarstwo cechuje ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy wdrażanie nowych technik i technologii produkcji stosowanie płodozmianu dobry stan budynkoacutew gospodarczych wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania korzystne ukształtowanie rozłogu oraz dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie Stopa rozwoju jest stabilna o czym może świadczyć wzrost areału i pogłowia w ostatnich latach

Słabą stroną gospodarstwa jest brak firm w okolicy zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji jak roacutewnież możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług są niewielkie Słabą stroną gospodarstwa są roacutewnież bardzo duże obciążenia inwestycyjne oraz brak własnej marki i znaku firmowego

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce zależy od wielu czynnikoacutew Niewielki poziom zużycia pestycydoacutew i nawozoacutew mineralnych w poroacutewnaniu ze stanem w krajach wysoko rozwiniętych Unii Europejskiej wiąże się z ekstensywnym charakterem produkcji rolniczej Po przestawieniu gospodarstwa na metody ekologiczne plony nie maleją w tak wysokim stopniu jak w przypadku gospodarstwa produkującego intensywnie Często zdarza się roacutewnież iż rolnicy po przejściu z ekstensywnych metod produkcji na ekologiczne uzyskują lepsze plony W krajach zachodnich można zaobserwować większe zainteresowanie produktami ekologicznymi co w konsekwencji stwarza możliwość eksportu takich produktoacutew Na dalszy rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce ma wpływ właściwe i powszechne zaangażowanie w szczegoacutelności władz i samorządoacutew rolniczych oraz lokalnych ośrodkoacutew doradztwa rolniczego ktoacutere miałyby odzwierciedlenie w szkoleniu rolnikoacutew podejmujących się przejścia na taki rodzaj gospodarowania oraz większe zaangażowanie placoacutewek naukowo ndash badawczych jak i wyższych uczelni rolniczych w badaniach na rzecz rolnictwa ekologicznego Jednak największą szansą dla rozwoju gospodarstw ekologicznych w Polsce jest rosnące zainteresowanie konsumentoacutew żywnością wysokiej jakości wynikające z

171

troski o zdrowie i obawami związanymi z chorobami spowodowanymi skażoną żywnością

WNIOSKI

1 Odchwaszczanie metodą mechaniczną jest uciążliwe a uprawa roślin

bez nawozoacutew sztucznych i chemicznych środkoacutew ochrony roślin jest

droższa

2 Mimo atrakcyjnego systemu dopłat uprawy ekologiczne nadal są

nieopłacalne między innymi z powodu braku właściwego systemu

dystrybucji Rynek zbytu tworzy się bardzo wolno dlatego

przedsiębiorcy ostrożnie decydują się na prowadzenie firm w tej

branży

3 Rozwoacutej rolnictwa ekologicznego jest ograniczony brakiem organizacji

rynku produktoacutew ekologicznych oraz brakiem ich reklamy i promocji

Nie ma roacutewnież ogoacutelnodostępnych informacji o rolnikach

ekologicznych co wynika z ochrony danych osobowych co bardzo

utrudnia dostęp handlowcom i konsumentom do produktoacutew

ekologicznych

4 Ograniczenie stanowi skala produkcji Gospodarstwa ekologiczne są

niewielkie i w konsekwencji nie są w stanie dostarczać tak dużych

partii produktoacutew jakich oczekują odbiorcy

5 Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych zależy od zainteresowania

konsumentoacutew zdrową żywnością oraz gotowością producentoacutew do

spełnienia ich oczekiwań Żywność bez konserwantoacutew i agrochemii

a w szczegoacutelności niemodyfikowana genetycznie to produkt bardzo

pożądany zwłaszcza przez zamożniejszych konsumentoacutew jednak

wciąż dominuje na rynku tania żywność o niskiej jakości

6 Rosnące zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości to realna

szansa na zwiększenie dochodoacutew gospodarstwa a pracochłonne

i długotrwałe metody produkcji powodują tworzenie nowych miejsc

pracy

7 Prowadzenie gospodarstwa ekologicznego daje możliwość eksportu

produktoacutew ekologicznych na rynek Unii Europejskiej

8 Wciąż rosnąca liczba gospodarstw ekologicznych wpływa na

powstawanie firm ktoacutere zajmują się obrotem produktoacutew ekologicznych

oraz punktoacutew ich sprzedaży

172

9 Niskoprocentowe kredyty preferencyjne umożliwiły nabywanie maszyn

dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze

wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć

dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować

zatrudnienie

10 Powstawanie nowych firm oferujących roacuteżnego rodzaju środki

produkcji wpływa na znaczne ułatwienia w ich nabywaniu Jednakże

wzrost konkurencji pomiędzy firmami z otoczenia rolnictwa nie

odzwierciedla się w proponowanych cenach na środki produkcji

i usługi Stale powiększa się niekorzystna relacja cen pomiędzy

środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

11 Przedsiębiorstwa aby przetrwać i utrzymać się na rynku muszą

przewidywać i trafnie oceniać swoją sytuację tj zdolność do

efektywnego działania i zdolność do rozwoju w zmieniającym się

otoczeniu Warunkiem odniesienia sukcesu przez gospodarujących

jest podejmowanie decyzji pozwalających dostosować działalność do

sytuacji rynkowej W tym celu niezbędne staje się określenie atutoacutew

i słabości gospodarstw oraz identyfikacja okazji i pułapek ktoacutere tkwią

w otoczeniu

LITERATURA

1 Baum R Wielicki W 2004 Metoda analizy SWOT jako narzędzie

analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesu Wyd Akademii

Rolniczej im Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Poznań

2 httpminrolgovpl

Development of organic farms in 2006 ndash 2009 in Masovia

173

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin

Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey) Federal Research Centre for Cultivated Plants Julius Kuehn Institute Application Techniques Division Messeweg (Germany) Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey)

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel

ABSTRACT

In spite of harmfull effects of pesticides on environment and its inhabitants pesticides should be used To minimize the negative effects of the pesticides the spraying should be done not only on the right time and with enough amount of right pesticide but also with the appropriate equipmentIn Aegean Region (Turkey) there are about 500000 ha vineyards Vineyard farmers generally apply pesticides in high application rate with high frequency (sometimes 20-25 times a year) But there are no drift preventing systems on the generally air-assisted sprayers which are used there The constructive enhancement on the currently used machines will be expensive and time consuming But it is known that the cheapest and easiest thing that can be applied on the machine to reduce spray drift is to choose a suitable nozzleIn this study trials were made in the wind tunnel located in the Institute for Application Techniques in Crop Protection Julius Kuumlhn Institute (Formerly BBA) Braunschweig Germany In the trials Teejet Air Induction (AI) Air Induction XR (AIXR) Extended Range Flat Fan (XR) and domestic manufactured Hollow Cone Nozzles were used And for reference nozzle Lurmark conventional 110o flat fan nozzle was used This study is made for determining the nozzle which will cause the least spray drift under controlled conditions

Keywords Air-Asissted Sprayer Air Induction (AI) Nozzle Air Induction XR Nozzle Extended Range Flat Fan (XR) Nozzle Hollow Cone Nozzle

INTRODUCTION

Viticulture is one of the most important branches of Turkish agriculture It has a great importance in Turkeyrsquos agricultural structure and it makes great contributions to Turkish economy Turkey has some advantages in the production of grape Not only the climate but also the soil is convenient for the production of grape In Turkey there are approximately 500000 enterprises occupied with viticulture However these are small scale enterprises 87 of which are below 10 haThe vast majority of Turkeyrsquos vineyards are owned by small independent farmers In Turkey the highest

174

total area of vineyard is in the Aegean Region This area is 33 of the total vineyards of Turkey Aegean Region ranks the 1st Mediterranean Region the 2nd Central-South Region the 3rd in terms of fresh grape productionWhile 75 of the fresh grapes of the approximate 4 million tons of production was consumed inland 25 of them was exported as dried grape table grape and a very small quotient as wine In 2008 total income from grape export has reached to 520 million dollars of which 1694 million dollars belong to table grape and 3495 million dollars belong to dried grape (Ccedilelik H 2010)

SPRAY DRIFT

During the pesticide application according to the application type some amount of the pesticide goes away from the target When the pesticide droplets or particles move through the air at the time of pesticide application or soon thereafter from the target site to any non- or off-target site this is called spray drift High concentrations of pesticide drift in the air can cause acute poisonings resulting in serious illness and in rare cases death Pesticide drift can also harm the local environment by contaminating waterways air and soil killing fish birds and other wildlife Not all pesticide drift happens during or right after a pesticide application Some pesticides continue to evaporate from fields for several days to several weeks after an application is completed People who live near farms or in the city can all be affected by pesticide drift

Drift is undesirable for economic environmental and safety reasons It should be reduced to minimum levels because it results in inefficient use of application equipment and applicator time it may result in under-application of chemicals and ineffective pest control which leads to additional applications reduced yield and higher production costs it may result in over-application if the applicator knowingly over-applies chemicals to compensate for drift losses and to ensure the desired level of control losses andor costly litigation may result if sensitive crops in adjacent fields are damaged unintentional contamination of foodstuffs from unacceptable pesticide residues can result in mandatory destruction of the crop it may contribute to pollution of air and water resources and it may affect the health and safety of susceptible human and livestock populations (Ozkan E 1998) The ideal nozzle-pressure combination should maximize spray efficiency by increasing deposition and transfer of a lethal dose to the target while minimizing residues off-target losses such as spray drift and user exposure (Nuyttens et al 2009) In Turkey vineyard farmers mostly use mounted and pto-driven conventional air-assisted sprayers The axial fan air-assisted sprayer fitted with hydraulic hollow cone nozzles is the predominant design of sprayers used in orchards It produces a large radial spray plume which could involve a significant risk of off-target contamination by spray drift and losses on the ground a subject of increasing public concern (Jamar L 2010) They prefer to use these

175

sprayers in vineyards because the increases crop penetration and higher pesticide deposition on the both upper-side and under-side of the leaves

However Turkish farmers make some mistakes during the applications Dependent on the plant canopy farmers operate the sprayers with only 2 or 3 nozzles with a very high operating pressure by adjusting the regulator at about 20-25 bar during the application This kind of high operating pressure produces small droplets which may easily increase the drift amount Additionally as a result of the unsuccesful applications they apply pesticides in high application rate with high frequency The most interesting thing is the sprayers which are used in vineyard spraying do not have any drift preventing systems Since it is expensive to modificate available sprayer to reduce drift amaount by changing nozzle type and size will be easier and cheaper way to control drift The main objectives of this study were to measure airborne spray deposits of different nozzle types and sizes in a wind tunnel to determine their drift potential using wind tunnel approaches and to compare the drift potential results with the reference spraying

MATERIAL AND METHODS

Whilst field research is appropriate to obtain realistic estimates of drift with sprayers under a range of working conditions and also to validate spray drift models the controlled conditions found in wind tunnels make them well suited for studies where relative drift values are required (Nuyttens et al 2009) Wind tunnel experiments provide an efficient method for supporting and complementing the data derived from field experiments They can be used to measure airborne spray and in some cases the size and velocities of drifting droplets The nozzles mounted in the wind tunnel may provide suitable methods for measuring and classifying the performance of nozzle systems without the effects caused by the sprayer or the tractor on which the nozzles are normally mounted

In this study the wind tunnel measurements were carried out in the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig GermanyThe wind tunnel was constructed as a closed loop in 1993 The advantage of the close loop is to determine the potential of sprays to drift can be made with different spraying systems under directly comparable and repeatable conditions which is not the case for field measurements The measuring section of the tunnel was made of stainless steel Measuring partrsquos length is 10 m width 24 m and height 16 m

The control unit allows adjusting of air temperature relative humidity and the air velocity in order to produce the required conditions for the applicationsThe air temperature can be adjusted from 10 to 30ordmC relative humidity from 40 to 80 air speed up to 15 ms Windtunnel protocols are essential for determining the drift potentials The measuring method is in

176

conformity with ISO 22856 - Equipment for crop protection-Methods for the laboratory measurement of spray drift-Wind tunnels

Trials were conducted at (2plusmn002) ms air speed (20plusmn1) oC temperature and (80plusmn5) relative humidity conditions As the sampling surface strings made of polyethylene (PE) with a diameter of 2 mm were used Pyranin was used as fluorescent tracer dye The concentration of pyranin was 1 The nozzle was oriented to discharge spray downward toward the wind tunnel floor In the experiments Teejet (Spraying Systems Co Wheaton USA) AI XR AIXR and local production hollow cone nozzles were used For reference nozzle Lurmark (Hypro EU Limited Longstanton Cambridge UK) conventional 110ordm flat fan nozzle of size 03 was used The working pressure for this nozzle was 3 bar Spraying time differs according to different application rates If the spraying time is too long the droplets may easily drop to the ground during drying and carrying To prevent this pre-trials were made to determine the spraying time according to the type of the nozzle and the aplication rate After each spray run strings were allowed to dry and then every string was passed throught the U-tube that contains 5 ml of deionized water During this application U-tube was inside the ultrasonic bath (Brainsonic 52) for better dissolving of the residue amount on the string Then the liquid inside the U-tube was passed through Kontron SFM 25 fluorometer (Kontron Instruments AG Zurich Switzerland) and the measurements were recorded

RESULTS AND DISCUSSION

The results obtained from the experiments conducted in the wind tunnel for various nozzles are given in Figure 1

Figure 1 Drift amount (ml s-1) according to the nozzles A=Nozzles with low application rate B=Reference nozzle C=Nozzles with mid application

rate D=Nozzles with high application rate

The drift amount according to the nozzles are given in Figure 1 Letter ldquoBrdquo is the reference nozzle Letter ldquoArdquo represents low ldquoCrdquo represents mid and ldquoDrdquo

177

represents high application rates Drift amount increased with the increasing of the application rate During the low application rate highest drift occured when 12 mm nozzle was used in 8 bars Nevertheless in mid and high application volumes highest drift occured at working with 12 mm nozzle and XR 110-08 VP nozzles Spraying pressures for these nozzles were 10 and 25 bar for mid application rate 6 and 4 bar for high application rate respectively Although the application rate for local production hollow cone nozzle is approximately half of XR type nozzle the drift amount was higher in low application rate For the mid and high application rates conventional and XR type nozzle had the highest drift

Airborne drift volume flux for the low mid and high application rate nozzles versus heights are shown in figures 2 3 and 4 In Figure 2 the maximum drift was measured on 100 mm and 200 mm heights for the nozzle 12 mm-8 bar In Figure 3 on 100 mm height the maximum drift was for 12 mm-8 bar and on 200 mm height for the nozzle XR 110-08 VP-25 bar In Figure 4 the maximum drift was for XR 110-08 VP-4 bar on 100 and 200 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-05 VS-3 bar

AIXR 110-04-4 bar

XR 110-08 VP-1 bar

12 mm-8 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 2 Airborne drift volume flux for the low application rate nozzles according to the heights

178

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-4 bar

AIXR 110-06-4 bar

XR 110-08 VP-25 bar

12 mm -10 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 3 Airborne drift volume flux for the mid application rate nozzles according to the heights

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Hei

gh

t (m

m)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-6 bar

AIXR 110-06-6 bar

XR 110-08 VP-4 bar

15 mm-6 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 4 Airborne drift volume flux for the high application rate nozzles according to the heights

AI and AIXR nozzles provided a lower drift compared to local and XR nozzles As a common view air induction nozzles decrease drift by increasing the droplet size (Hofman V and Solseng E 2001 Ozkan 1998) Drift reduction percentage means that the nozzle reduces the drift amount in percentage compared to the reference nozzle In Table 1 drift reduction percentages of the nozzles were calculated according to the reference nozzle AI 110-05 VS provided the lowest drift potential according to the reference nozzle At low application rate only the local nozzle (12 mm-8bar) had high drift potential

179

Table 1 Percentage of the drift reduction facilities of the nozzles according to the reference nozzle

Nozzles Drift Reduction () Aplication Rate Classification

AI 110-05 VS-3 bar 72

Low AIXR 110-04-4 bar 52

XR 110-08VP-1 bar 47

12 mm-8 bar -46

AI 110-06 VS-4 bar 55

Mid AIXR 110-06-4 bar 45

XR 110-08VP-25 bar -54

12 mm-10 bar -49

AI 110-06 VS-6 bar 5

High AIXR 110-06-6 bar -2

XR 110-08VP-4 bar -123

15 mm-6 bar -80

Lurmark 110-03-3 bar Reference Nozzle

When the application rate was mid the local nozzle (12 mm-8bar) and XR nozzle (110-08VP-25 bar) had high drift potentials When the application rate was high the local nozzle (12 mm-8bar) XR nozzle (110-08VP-25 bar) and AIXR (110-06-6 bar) had high drift potential

Air induction nozzles are relatively new so more research and experience is needed to verify this concept These nozzles produce large drops so coverage may be reduced in the case of their use in applying insecticides and fungicides Some pesticides require small droplets for good coverage and the air-induction type design may not produce the best coverage (Hofman V and Solseng e 2001) Otherwise hollow cone nozzles produces small droplets thus they improve the coverage But in this study the droplet size determinations and field tests were not made Drift values under realistic conditions can only be obtained by means of field drift experiments (Herbst A 2005) For drift measurements the application volume is very important variable because increasing the application volume by increasing the nozzle orifice size also reduces the number of droplets created under 200 microns (Wolf RE 2000) As it was shown before the application rates for the local nozzles were half of the other nozzles Although the spray rate for the local nozzle was too low the drift amount was too much

In pesticide applications Turkish vineyard farmers should pay attention to spray drift Currently used hollow cone nozzles produced more drift than air induction type nozzles To reduce the spraying drift during pesticide application it is recommended to use the nozzles which provided best

180

results during wind tunnel trials Although field tests are deficiency of this study wind tunnel test have a vital importance for the determination of the spray drift under the certain conditions

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to thank the researchers of the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig (Formerly BBA) for their useful supports in the wind tunnel experiments

LITERATURE

1 Ccedilelik H Kunter B Soumlylemezoğlu G Erguumll A Ccedilelik H Karataş

H Oumlzdemir G Atak A 2010 Bağcılığın Geliştirilmesi Youmlntemleri ve

Uumlretim Hedefleri Ziraat Muumlhendisleri 7 Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı 493-513

2 Herbst A 2005 Proceedings of International Symposium on Pesticide

and Environmental Safety Beijing 2005 39-46

3 Hofman V Solseng E 2001 Agricultural and Biosystems

Engineering AE-1210 June 2001 Reducing Spray Drift

4 Jamar LMostade O Huyghebaert B Pigeon O Lateur M 2010

Comparative performance of recycling tunnel and conventional

sprayers using standard and drift-mitigating nozzles in dwarf apple

orchards Crop Protection article in press

doi101016jcropro200912018

5 Nuyttens D Taylor WA De Schampheleire M Verboven P

Dekeyser D 2009 Influence of nozzle type and size on drift potential

by means of different wind tunnel evaluation methods Science Direct

Biosystem Engineering 103 (2009) 271-280

6 Nuyttens D De Schampheleire M Verboven P Brusselman E

Dekeyser D 2009 Droplet size and velocity characteristics of

agricultural spraysVol 52(5) 1471-1480 American Society of

Agricultural and Biological Engineers

7 Ozkan H E 1998 New Nozzles for Spray Drift Reduction Ohio State

University Extension Service Publication AEX 523-98 Columbus

Ohio

8 Wolf R E 2000 Strategies to Reduce Spray Drift Kansas State

University Extension Service

181

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr

Lviv National Agrarian University Scientific guardian ndash Rostyslav Datsuk Prof of the mechanics and power engineering faculty

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines

ANNOTATION

The article examines the problems of implementation of turbo-supercharging of gas-cylinder automobiles and buses and reequipment of gasoline engines into the gas ones

Key words gas-turbine supercharging tursupercharging turbo-compressor mathematic model gas engine

From the history of turbo-supercharging consumption

During the last decades both Ukraine and other countries witnessed considerable interest in turbo-supercharging of automobile engines Turbo-supercharging is able not only to increase an engine capacity without enlargement of its mass and dimensions but also to decrease the fuel consumption and toxicity of exhaust gases Thus the problem of improvement of fuel economic efficiency and decreasing of automobiles toxicity by turbo-supercharging of gasoline can be successfully solved The piston engine turbo-supercharging means the increase of weight filling of a cylinder with air and fuel mixture by means of increasing pressure at the inlet This increase is secured by turbo-supercharging

The air may be supercharged in the engine cylinders in different ways (by the driving blower or gas-conduction turbo-compresor) Turbo-supercharging of the automobile gasoline engines were first implemented in 1952

Air supercharging in the engine cylinder increases pressure and temperature at the inlet and backpressure at the out et

Mixture preparation may be intensified by the carburetor feeding which helps to distribute the mixtures into cylinders in equal portions and to facilitate the filling factor Raising the temperature of the supercharged air causes some decrease of the charge dencity

Due to the turbo-supercharging implementation as well as to the increase of pressure and temperature of the working medium the process of ignition is facilitated All the mentioned above factors secure more qualitative mixture preparation with increased velocities

182

Analysis of the impact of turbo-supercharging on the functioning of internal combustion engines

One of the most promissing directions in the field of improving technical and economic parameters both of the traditional and recently developed internal combustion engines is implementation of gas and turbine supercharging Engine equipment of gas automobiles gives them the opportunities to run with consumption of both compressed gas and gasoline when the turbo-supercharging is turned off and the engine parameters are fixed

One of the most typical ways of the consumption of the natural gas in automobiles is the reequipment of mass-produced gasoline engines with equipment of mass-produced gasoline engines with spark ignition into the gas ones This will save gasoline and help to decrease harmful exhausts contents

Nevertheless re-equipment of the lower heat of combustion of gas and air mixture in comparison with the gasoline and air mixture and worse filling of cylinders with fresh chargings This in its turn will worsen draught and dynamic properties of an automobile Therefore the problem of improving technical and economic parameters of gas engines becomes particularly acute

The capacity of re-equipped engine may be renewed by increasing the level of risk to 10hellip12 units which is quite possible for the natural gas with the octane number of 90-110 opposed to 85-90 in gasolines (according to motor method) But then the engine cannot function on gasoline consumption Thus it will not be universal

There exists another way of improving the filling capacity of gas engines cylinders with fresh charge of turbo-supercharging This approach is quite fresh

Consumption of gas fuel by auto transport is mostly stimulated by our acute need in decreasing the toxicity of exhausts

Because of the described above reason many countries do their bests to re-equip their public transport (first of all buses ) for gas fuel consumption

Nevertheless the majority of automobile gas engines are in fact gasoline engines with spark ignition which operate both on gasoline and gas and therefore they are called the two-fuels engines The compression level is limited by the barrier of work without detonation on gasoline The loss of capacity may be renewed by implementation of gas and turbine supercharging The engine capacity when consuming the natural gas should not be more then in case of consuming gasoline In this way one may prevent mechanic and therminc overloading of engine parts which may cause the early wear and even failures

183

We experimented much with gas and gasoline engines and developed the principal plan of the system of gas and turbine supercharging for automobile gas engines and mathematic models for calculative and theoretic research

The objects of our research are gas engines ЗИЛ ndash 138 ИН ЗИЛ ndash 138 ИНand ЗМЗ ndash 53 where gas and air mixtures are prepared in carburetors-mixers The most serious drawback of the plan of introduction of turbo ndash compressor instead of carburetor is the danger of surging the compressor on the small openings of throttle damper Therefore we took a decision to set turbo-compressor in front of carburetor which needs the damper`s sealing

In our plan gas comes from the reduction gear into carburetor-mixer under surplus pressure Therefore diaphragm cavities of mass ndash produced two ndash levelled reductor of high pressure is not connected with atmosphere but with the inlet branch pipe of a carburetor-mixer where air is conducted by a turbo-compressor

When consuming gasoline turbo ndash compressor is turned off by exhausts passing the collector outside turbine with the help of a damper The damper is affected by pneumo-cylinder which functions under pressure of gas coming from the reduction gear In such case the air comes to a carburetor-mixer directly through the reciprocative valve Gasoline is conducted from the filter by gasoline pump to electromagnetic valve and then to a carburetor-mixer

We compare interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИНwith turned in and turned off supercharging Due to the supercharging the capacity of gas engine increased from 93 to 132 kWt (on 41) Specific consumption of gas power decreased within the frequency of crankshaft rotation of 17 00 hellip 32 00 min-1 for 35 hellip 52 MJ (kWt h)

184

Fig 1 Plan of supercharging for gas and gasoline engine

1 ndash gas heater 2 ndash reduction gear of high pressure 3 ndash consumption valve 4 ndash electromagnetic valve-filter 5 ndash outlet collector 6 ndash damper for

exhausts passing 7 ndash turbo-compressor 8 ndash gas pressure timer 9 ndash aircoolant 10 ndash gasoline pump 11 ndash electromagnetic gasoline valve 12 ndash carburetor-mixer 13 ndash air cleaner 14 ndash reciprocal valve 15 ndash gas reductor

gear of a low pressure

The control over correctness of turbo ndash supercharging selection is made by the way of comparing consumption characteristics of turbo ndash compressor and hydravlic characteristics of the engine

CONCLUSIONS

Our research resulted in the following conclusion

1 Mass ndash produced Ukrainian turbo-compressor TKR-7 may be

consumed for the supercharging of universal automobile gas engines

ЗИЛ ndash 138 ИН and ЗМЗ ndash 536 with consumption of intermediate

cooling of the supercharged air Turbo-compressor is to be set in front

of the gas and air mixer to prevent throttling of the fresh charge steam

185

at the compressor inlet during the regulation of the engine capacity by

throttle damper of a carburetor

Fig 2 The interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИН with turbo-supercharging ndash without turbo-supercharging

2 The system of gas and turbine supercharging secures not only

renovation of the capacity of gasoline engines and their coming to the

natural gas consumption but also improves their fuel economical

efficiency for 12 It also decreases carbone oxide contents in exhaust

gases for 20 comparing with the engines which are not equipped with

supercharging But here the contents of nitric oxides in exhaust gases

may be somehow increased

3 Exploitation testings of the engines with turbo ndash supercharging in the

buses ЛАЗ ndash 699 РГ and automobiles ЗИЛ ndash 138 АГ ГАЗ ndash 53 АГ

confirmed the usefulness of the developed system of supercharging

4 On the basis of our research results one may recommend gas and

turbine supercharging with turbo ndash compressor TRK ndash 7 on the

universal gas engines ЗИЛ ndash 138 АН ЗИЛ ndash 138 ІНand ЗМЗ ndash 53

186

LITERATURE

1 ндреевВ И КрамарьМ П

Турбонаддувсовременныхбензиновихдвигателей - М

НИИНавтопром 1986-211с

2 ОтчетоНИРЭкспериментальныеисследованияопытныхобраз-

овдвухтопливныхгазобензиновыхдвигателейЗИЛ-130 иЗИЛ-375

сгазотурбиннымнаддувом КравецВИ ДацюкРЕ ЖабинВМ

ФурмановНН ЗваричБН ЛСХИ ВНИИГаза -Москва- Львов

1990 -103с

3 ЗвітпроНДРпогоспдоговірнійтемі N21-333-91

СтендовівипробуваннягазобензиновогодвигунаЗИЛ-138И (ЗИЛ-

375) зтурбо-наддувом ДацюкРЮ КравецьВІ СкречкоГВ

ЗваричБ М КудринецькийБП-Дубдяни1991-37с

Page 5: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING

10

Spis treści

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek 15

Application of method Poka Yoke in quality control 15

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał 21

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew Methods of protection against diseases of cereals with particular emphasis on the use of biostimulators 21

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter 29

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant 29

Bilous Oleksiy Solop Andriy 35

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode material 35

Inż Bolesta Joanna Dr inż Czekalski Dariusz 49

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the tracking plane in years 2006 ndash 2010 49

Brzezina Natalia 60

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold 60

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander 66

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass 66

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I 78

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production 78

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł 88

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym 88

11

Evrenosoğlu Mehmet 94

Mathematical modelling in silage mechanization 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat industry waste material 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill 116

Oleh Kovalyshyn 120

Using cloud computing technology in education process 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim 162

12

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel 173

Zholobko Volodymyr Oleksandr Lys 181

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines 181

15

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek

Slovak University of AgricultureFaculty of Engineering Department of Quality and Engineering Technologies Nitra(Slovak Republic)

Application of method Poka Yoke in quality control

SUMMARY

A study focuses on application of Japanese method Poka Yoke (PY) - mistake proof ing in organization Faurecia Ltd located in Lozorno The method is applied in several manufacturing processes and so quality control is ensured at 100 Using Poka Yoke with other corresponding methods and procedures of quality control and process improvement is useful for organizations which try to reach Zero Quality Control (ZQC) The aim is to reach the highest quality level at lowest expenses therefore it is necessary to plan and implement the method PY where it is not only effective but efficient The study includes steps and procedures which are parts of application Poka Yoke and points out evaluation of systemsrsquo reliability and their levels

Key words Poka Yoke Zero Quality Control process quality improvement

INTRODUCTION

First application of method Poka Yoke to practice happened in 1960 by Japanese engineer Shigeo Shingo in organization Toyota He tried to improve a process quality and prevent processes from non-conformities Poka Yoke is designed for systematic prevention from defaults and following non-conformities Basic principle of system PY is to register non-conformity announce it to operator by signalization and if necessary to stop the manufacturing process Modification of a product fixture device and other equipment which is considered in business plan allow using those principles If the system PY is function it indicates 100 control

Poka Yoke is one of approaches of process quality management and control besides statistical quality control and final product control Method PY represents generally the elimination of human factors (mistakes) at process quality

The object of study is to introduce the usage of method Poka Yoke at manufacturing of automobile seats in organization Faurecia Ltd (fig 1) It defines steps that are needed for effective function of system Poka Yoke with its requirements regulations and other appropriate documents

16

Fig 1 Parts of automobile seat

METHODOLOGY

METHOD POKA YOKE

Application of method Poka Yoke (design implementation development of system Poka Yoke and its equipment) and also calculation of expenses according to similar final products must be included in business plan All documentation must clearly define dimensional and functional requirements on individual parts according to safety and legal requirements of a customer (VW Ford Audi etc) In case of safetyregulation characteristics legal requirements or product characteristics which effect assembly suppliers define Poka Yoke at product and process design so the 100 conformity to customerrsquos requirements is ensured

Then Poka Yoke are defined in FMEA and control plan Following instructions procedures and directions for correct application of Poka Yoke in operation are performed Verifying phase of their function in manufacturing process is done at last

Fig 2 Documentation with PY indication for process

Reference number Poka Yoke description control method and backup method (in case of system failure) must be defined and classified for every

17

single Poka Yoke Every process using Poka Yoke must be defined by relevant marking in advance including marking in all documents of processes

Documents with Poka Yoke marks

Following documents which are related to using method Poka Yoke (fig 2)

drawings

control plan and FMEA

block schema

instruction of serial production release (O K 1st part) - working instruction

records for register

Application of PY in processes

Organization Faurecia Ltd has implemented method Poka Yoke particularly into processes with safetyregulation characteristics (tab 1) Safetyregulation characteristics are groups of processes which with their quality level effect product safety within its usage (can cause life injuries and harm to human health) Therefore the 100 quality within those processes is necessary to ensure and sustain

Safetyregulation characteristics within seatsrsquo manufacturing for automobiles are following

process of screwing of seatrsquos parts

process of riveting of parts

Poka Yoke is also used for scanning of input parts so the 100 conformity to a customer order in organization

Tab 1 Defined nonconformities in processes with PY

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Screwing Riveting

The most frequent non-conformities

Incorrect torque Incorrect force of hydraulic riveting

Missing screw Tear off the rivets

Double screwing

RECEIVING INSPECTION

Scanning input parts

Missing parts

18

Confusion of parts

Safetyregulation characteristics must be under the 100 quality control which is achieved by using method Poka Yoke and by definition of backup method in case of system failure

VERIFICATION PHASE

Release of serial production

Usage of Poka Yoke within individual process must be validated before release of serial production All methods of PY must be approved and operators must be trained

OK 1st part

At the beginning of each shift the 100 Poka Yoke system control must be verified Operator is obligated to simulate all non-conformities of manufacturing process at the beginning of each shift after system modification and after elimination of Poka Yoka failure So function of Poka Yoke is verified and controlled Data of failures simulated in process are registered automatically due to control flashback in form of electronic records

When verification phase is confirmed and Poka Yoke in function the process is marked by relevant label on the visible location

Poka Yoke need to be prevented from usage in case of incorrect system function and defined backup (manual) process procedures (tab 2) need to be applied until a problem solving (max 24 hours) If the backup method is needed management of organization must be informed about it Work station in workplace is marked by relevant label which visibly shows incorrect function of PY

Backup method

a) 100 manual control

b) 100 visual marking of controlled feature

c) manual records of products which are manufactured by backup method

Tab 2 Alternate procedure for Poka Yoke processes

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Backup method

Screwing Riveting

Use emergency electric screwdriver

Place substitute riveting pistol

19

Mark screws which are not under control of PY for torque control

Mark all rivets with permanent marker

Fill in dispatch note with product data

Fill in dispatch note of seat

Backup methods are defined only for safetyregulation characteristics If there is noted any problem with scanning input parts by Poka Yoke operator is obligated to control marking of parts personally and to realize selection according to marking of parts in order

CALIBRATION AUDITS

Calibration of system Poka Yoke proceeds as following

external calibration ndash once per 18 months

internal calibration ndash once a month

Audits of system Poka Yoke (according to plan of audits) are proceeded as following

external audits ndash once a year

internal audits ndash once a year

suppliersrsquo audits ndash (in supplier who has implemented Poka Yoke for safetyregulation characteristics in drawings) min once per 2 years

All records about PY (methods and other documents) must be archived at the minimum of 15 years Recorded reports of data are the object of internal audit at the minimum once a year

DISCUSSION

Shigeo Shingo (1988) said that system of Zero Quality Control equipment and techniques of Poka Yoke ensured the 100 control Poka Yoke guaranteed that non-conformity with its known cause there was not any more presented in process

Usage of method Shingo (1988) characterized by 3 basic features sophistication simplicity and relative economic allowance

Other methods and tools (statistic control final control) serve for monitoring process or for detection of non-conformity productprocess The aim of each organization is not only detection of non-conformity but previous elimination of mistakefailure that leads to this non-conformity

Organization Suzuki located in Rome saved 400 000 $ a year and decreased non-conformities from 24000 to 2400 per million produced parts by application of method Poka Yoke in installation process of protection of automobile drive unit (Connor G 2006)

20

Organization DCM Toyota Ltd manufacturer of trucks located in Surajpur in northern India used the method Poka Yoke within screwing process control Prevention from forgetfulness of their operators within the process of screwing critical screws on vehicle was assured by following approach screwdrivers were dipped in noticeable colour so the colour was transfer on every screw which was done manually This signal served for warning an operator that there was missing screw or incorrect torque (Robinson A - Shingo S 1990)

The 100 process quality control elimination of all possibilities which lead to non-conformities at processing are possible to ensure by application of method Poka Yoke in process In some cases we can meet with incorrect designs of PY or system failures Therefore it is necessary to control system Poka Yoke periodically to calibrate and keep auditing from side of a manufacturer and a customer

CONCLUSION

Every process is necessary to define potential non-conformities and causes which lead to them needs to be identified and the quality has to be evaluated and monitored for effective usage of method Poka Yoke Organization Faurecia Ltd uses philosophy Just In Time and so the usage of Poka Yoke is very suitable Philosophy Just In Time focuses on the 100 quality conformance Quality is inseparable from manufacturing process in the organization Poka Yoke reaches required quality level and includes many supportive methods which with their right combination and harmony allow controlling process as the most efficient

REFERENCES

1 Connor G 2006 Poka-Yoke Human-Proof Your Process In Industrial

Maintenance amp Plant Operation vol 67 2006 no 6 p 12 - 14

2 Internal documents and regulations 2011 Lozorno Faurecia

Ltd 2011

3 ROBINSON A - SHINGO S 1990 Modern approaches to

manufacturing improvement Cambridge Productivity Press 1990

399 p ISBN 0-915299-64-X

4 Shingo S 1988 Poka Yoke Improving product quality by preventing

defects USA Productivity Press 1988 282 p ISBN 0-915299-31-3

In chapter were used researches results within the frameworks of statutory researches VEGA 1057609 (2009-2011) ndash bdquoThe quality improvement of agricultural machines and production systemsldquo

21

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Studenckie Koło Naukowe Fitopatologoacutew Skosikrdquo

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew

Methods of protection against diseases of cereals with particularemphasis on the use of biostimulators

ABSTRACT

The introduction of integrated crop production including the integrated production of cereals after 2014 brings with it the need to use non chemical methods of plant protection especially methods of agrotechnical and breeding Therefore the withdrawal of many chemical preparations selection of adequate plant protection gives the farmer a lot of problems The new group of agents used in the modern technology of field crops occupy biostimulators Biostimulators influence the course of life processes in plants support the natural defense mechanisms and indirectly also influence the development of pathogen reduction The most commonly used among commercially available biostimulators by Polish producers is the preparation of Asahi SL It contains in its composition of phenolic compounds (ortho- and para-nitrofenolan sodium and 5-nitrogujakolan sodium) which increased synthesis occurs naturally in plant cells during stress conditions for them

The aim of the experiment was to determine the effect of biostimulator

Asahi SL on the growth of some species of fungi

Isolates of Fusarium fungi were used in the study The experiment was conducted at 22 deg C in triplicate and four variants of concentration of the preparation Petri dishes were placed on the medium containing 7-days-grown mycelium with a diameter of 4 mm Observations and measurements of the diameter of the mycelium were performed after 7 and 14 days of incubation The obtained results were subject to analysis of variance (ANOVA) using standard statistical methods Means were compared using Fisherrsquos least significant difference (LSD) test at 001

The results of the experiment show that the fungi used in the study have varied the in their growth rate and respond differently to different concentrations of the biostimulator in the medium

Sowa kluczowe biostymulatory ochrona

22

WSTĘP

Wprowadzenie integrowanej produkcji roślinnej w tym także integrowanej produkcji zboacuteż po 2014 roku niesie za sobą konieczność wykorzystania w ochronie roślin metod nie chemicznych zwłaszcza metody agrotechnicznej i hodowlanej W związku z wycofaniem wielu preparatoacutew chemicznych doboacuter odpowiedniego środka ochrony roślin stwarza rolnikowi wiele problemoacutew Nową grupę preparatoacutew stosowanych w nowoczesnej technologii upraw polowych zajmują biostymulatory [Kozak 2009] Biostymulatory wpływają na przebieg procesoacutew życiowych w roślinie wspomagają naturalne mechanizmy obronne a pośrednio wpływają także na ograniczenie rozwoju patogenoacutew [Michalski i in 2008] Spośroacuted dostępnych na rynku biostymulatoroacutew najczęściej stosowanym jest preparat Asahi SL Zawiera on w swoim składzie związki fenolowe (orto- i para-nitrofenolan sodu oraz 5-nitrogujakolan sodu) ktoacuterych nasilenie syntezy występuje naturalnie w komoacuterkach roślinnych podczas warunkoacutew dla nich stresowych Działanie preparatu polega na wspomaganiu roślin narażonych na czynniki stresowe takie jak złe warunki pogodowe siedliskowe oraz porażenie przez patogeny grzybicze Powoduje on min polepszenie wigoru roślin poprzez poprawienie turgoru komoacuterek oraz gospodarki hormonalnej [Ogoacuterek i Pusz 2011]

CEL BADAŃ

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie wpływu biostymulatora Asahi SL na wzrost wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju Fusarium

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Do badań wybrano izolaty grzyboacutew rodzaju Fusarium Izolaty Fusarium oxysporum wyizolowane zostały z pszenżyta natomiast pozostałe grzyby wyosobniono z podstawy łodygi rzepaku Pochodziły one z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Czyste kultury wybranych izolatoacutew uzyskano metodą kultur jednozarodnikowych Zarodniki przenoszono na zestaloną i zakwaszoną pożywkę PDA (Potato Dextrose Agar) frmy Biocorp

Doświadczenie wykonano w warunkach temperatury pokojowej (22 oC) w trzech powtoacuterzeniach oraz następujących wariantach stężeniowych preparatu 04 lha-1 (0133g preparatu na 100ml pożywki) 06 lha-1 (02g preparatu na 100ml pożywki - dawka zalecana dla Asahi SL) 10 lha-1 (033g preparatu na 100ml pożywki) oraz 00 lha-1 (kontrola) Na pożywce umieszczono krążek 7-niowej grzybni o średnicy 4 mm Obserwacje i pomiary średnicy grzybni wykonano po 7 i 14 dniach inkubacji

23

Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA) przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet Statistica 90rdquo) Średnie poroacutewnano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD) α 001

WYNIKI

Analiza wynikoacutew przeprowadzonego doświadczenia wykazała że biostymulator wpływa hamująco na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew Fusarium (tab 1 2) Na wykresach 1 i 2 przedstawiono oddziaływania poszczegoacutelnych dawek Asahi SL na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew

Po 7 dniowej inkubacji odnotowano że dawki Asahi SL wykazały działanie hamujące wzrost grzyboacutew wprost proporcjonalnie do ich stężenia dla obu izolatoacutew F oxysporum F culmorumorazpierwszego izolatu F poae Jednakże pod względem statystycznym wyniki te nie rożną się istotnie Izolat drugi F poae nie reagował na dawki preparatu zgodnie ze wzrostem jego stężenia W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab1)

Biostymulator Asahi SL po 14 dniach hamował wzrost prawie wszystkich izolatoacutew grzyboacutew wykorzystanych w doświadczeniu ale tylko niektoacutere oddziaływania były istotne statystyczne Pod względem statystycznym istotny były tylko wpływ preparatu na wzrost oba izolaty F oxysporum Podobnie jak po pierwszym okresie inkubacji wzrost izolatu drugiego F poae nie był hamowany W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni pod wpływem preparatu Asahi SL w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab 2)

24

Tabela 1Table 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

Tabela 2Table 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

dawka [lha

-1]

dose [lha

-1]

średni wzrost kolonii [mm] average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 410 a 380 a 580 a 672 bc 579 a 480 a

04 400 a 350 a 587 a 704 ab 556 a 499 a

06 378 ab 340 a 547 a 723 a 553 a 475 a

10 363 b 320 a 538 a 669 a 569 a 434 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

dawka [lha

-1]

dose

[lha-1

]

średni wzrost kolonii [mm]

average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 675 a 636 ab 793 a 840 a 850 a 850 a

04 645 ab 650 a 791 a 846 a 850 a 840 a

06 600 ab 575 bc 787 a 850 a 840 a 840 a

10 576 c 511 c 756 b 850 a 830 a 830 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

25

20

30

40

50

60

70

80

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 1Figure 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach

The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 2Figure 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

26

DYSKUSJA

Grzyby z rodzaju Fusarium są jedną z najważniejszych grup patogenoacutew roślin [Guarro i Geneacute 1995] Ponadto wydzielają one roacuteżne metabolity wtoacuterne min mikotoksyny ktoacutere stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia ludzi oraz zwierząt [Bai i Shaner 2004 Frandsen i in 2006] Wiele mikotoksyn jest niewrażliwych na obroacutebkę cieplną w wyniku czego są stabilne podczas standardowych procesoacutew przygotowywania żywności i pasz [Pokrzywa i in 2007]

Obecnie głoacutewnym sposobem walki z tymi patogenami jest metoda chemiczna Jednakże biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na produkty wytwarzane metodami ekologicznymi rolnicy zmuszeni są do szukania nowych środkoacutew walki z patogenami roślin Jednym z wyjść może być wprowadzenie preparatoacutew na bazie substancji nie szkodliwych dla środowiska [Panasiewicz i in 2008] Do preparatoacutew takich zalicza się min biostymulatory ktoacuterych zadaniem jest zmniejszenie negatywnego wpływu warunkoacutew siedliskowych na rośliny [Maciejewski i in 2007]

Biostymulatory nie są fungicydami ale w pewnym stopniu mogą chronić roślinny roacutewnież przed chorobami powodowanymi przez grzyby min poprzez zwiększenie ich naturalnej odporności Potwierdzają to badania Saniewskiej [2000] ktoacutera stwierdziła iż stosowanie preparatu Atonik SL (ta sama substancja aktywna jak w preparacie Asahi SL) wpływa korzystnie na zdrowotność roślin ozdobnych Podobne rezultaty uzyskali Pusz i Pląskowska [2008] stwierdzając pozytywny wpływ biostymulatora Asahi SL na porażenie łodyg rzepaku przez Sclerotinia sclerotiorum

W przeprowadzonym doświadczeniu po obu okresach inkubacji zauważono hamujący wpływ Asahi SL na wzrost większości grzyboacutew z rodzaju Fusarium użytych do badań Właściwości inhibicyjne preparatu w wielu przypadkach wzrastały wraz z jego stężeniem ale tylko po 14 dniowej inkubacji były istotne statystycznie dla obu izolatoacutew F oxysporum Podobne tendencje zauważył Ogoacuterek i in [2011] badając wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew z gatunku Fusarium oxysporum Stwierdzili oni że zaroacutewno po 7 jak i 14 dniowej inkubacji właściwości inhibicyjne Asahi SL utrzymywały podobne tendencje Inhibicyjne właściwości Asahi SL potwierdza roacutewnież doświadczenie Ogoacuterka i Pusz [2010] Badali oni wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew Fusarium spp oraz Alternaria alternata Rhizoctonia solani i Sclerotinia sclerotiorium Jednak stwierdzili oni że najsilniej hamowany jest wzrost izolatoacutew F oxysporum przez ten biostymulator

Należy podkreślić iż biostymulatory są preparatami wspomagającym rośliny w sytuacjach stresowych jednak nie zastąpią przeprowadzenia zabiegoacutew pielęgnacyjnych przed agrofagami w uprawach polowych jak i terenach zielonych

27

WNIOSKI

1 Preparat Asahi SL w zależności od zastosowanej dawki wpływa na

ograniczenie wzrostu grzyboacutew z rodzaju Fusarium

2 Właściwości inhibicyjne preparatu Asahi SL utrzymywały się

w obydwoacutech okresach badań

3 Biostymulator Asahi SL prawdopodobnie może być stosowany do

ograniczenia wzrostu wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju

Fusarium

LITERATURA

1 Bai GH Shaner G 2004 Management and resistance in wheat and

barley to Fusarium head blight Annual Review of Phytopathol (42)

135ndash161

2 Frandsen RJ Nielsen NJ Maolanon N Sorensen JC Olsson S

Nielsen J Giese H 2006 The biosynthetic pathway for aurofusarin in

Fusarium graminearum reveals a close link between the

naphthoquinones and naphthopyrones Mol Microbiol 61(4) 1069ndash

1080

3 Guarro J Geneacute J 1995 Opportunistic fusarial infections in humans

Eur J Clin Microbiol Infect Dis (14) 741ndash754

4 Kołaczyńska-Janicka M 2004 Wieś Jutra 2004 nr 3 s25-26

5 Kozak M 2009 Biostymulator dobry wyboacuter Agrotechnika 3 61-62

6 Maciejewski T Szukała J Jarosz A 2007 Influence of biostymulator

Asahi SL on qualitative tubes of potatoes J of Res and Apll in

Agricult Eng 52(3) 109ndash12

7 Michalski T Groszkiewicz-Janak J Bartos-Spychała M 2008

Skuteczność Asahi SL w ochronie mieszanki jęczmienia z pszenicą

w poroacutewnaniu do siewoacutew czystych Biostymulatory w nowoczesnej

uprawie Warszawa 7-8022008

8 Ogoacuterek R Łobczowski M Pusz W 2011 Wpływ biostymulatora Asahi

SL na wzrost wybranych szczepoacutew Fusarium oxysporum Schlecht

Zeszyty Problemowe Postępoacutew Nauk Rolniczych (w druku)

9 Ogoacuterek R Pusz W 2010 Możliwości wykorzystania biostymulatora

Asahi SL w ochronie roślin na terenach zurbanizowanych Monografia

28

Problemy ochrony roślin na terenach zurbanizowanychrdquo red E

Pląskowska 40ndash46

10 Panasiewicz K Sulewska H Koziara W 2008 Efficacy of biological

and chemical active compounds in protection of Triticum durum against

fungal diseases Journal of Research and Applications in Agricultural

Engineering 53(4) 30ndash32

11 Pokrzywa P Cieślik E Topolska K 2007 Ocena zawrtosci

mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych Żywność Nauka

Technologia Jakość 3(52) 139ndash146

12 Pusz W Pląskowska E 2008 Wpływ stosowania preparatu Asahi SL

na zdrowotność rzepaku ozimego Zesz Probl Post Nauk Rol 531

185-191

13 Saniewska A 2000 Wpływ preparatu Atonik SL na hamowanie

wzrostu i rozwoju niektoacuterych gatunkoacutew grzyboacutew chorobotwoacuterczych dla

roślin ozdobnych Zesz Nauk Inst Sadown i Kwiac 7 145-153

29

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant

ABSTRACT

The machining of austenitic chromium-nickel steel is difficult for several reasons This material is cold hardening and has low thermal conductivity The machining of these materials may cause sticking of the material to the tool which can cause instrument fracture and the loss of his cutting ability These facts put heavy demands on cutting tools One possibility to machine austenitic steels is their machining with tools of HSS and HSS-PM at cutting speeds in the range of 10mmin to 35mmin These tools are characterized by high toughness and sufficient hardness at lower temperatures In order to prevent loss of hardness of the tool at high cutting temperatures was used ionized air (ozone) as an organic process medium which is characterized by strong oxidizing effects and relatively high thermal conductivity The aim of partial experiments were performed to identify the impact of application of this gaseous medium for tool resistance and cutting parameters influence changes in quality of machined surface Article was a direct support of the Ministry of Education to tackle the grant project VEGA no 1088510

Key words ozone austenitic steel HSS the roughness of finished surface wear

USED MATERIAL

Corrosion- resistant austenitic steels due to their increased resistance to corrosion used in larger quantities than ferritic and martensitic corrosion- resistant steel[9]

The most commonly used types of austenitic corrosion-resistant steel is steel with the designation of 14301 (17 to 195 Cr 8 to 105 Ni 007gt C) [9]

Usually these steels are supplied in the soft annealed condition and annealed to soft and cold drawing condition This material is characterized by large strain hardening of cold low thermal conductivity and greater susceptibility to sticking to the cutting tool Machinability is thus very complex In general these steel is difficult machinable than steel alloy

30

The reason of cold hardening is the conversion of austenite into martensite at high strain rate The cold hardening effect can be so intense that the machined surface may result points to an extremely high hardness 400 to 500 HB with a thickness of 01 mm This fact is very important in the choice of cutting tool geometry while a negative front angle and cutting tool wear increasing the hardened layer Positive front angle and sharp cutting edge tool acting contrary As for the cutting conditions it is appropriate to choose the depth of cut and feed rate so that the tool during the machining can get behind the hardened layer [26]

Low thermal conductivity is a problem that affects the choice of cutting tool material Heat from the primary and secondary deformation is not preferentially drawing- off with a chip and also heat transfer from the zone of cutting back in the material is limited The reason is the high content of chromium as alloying element which reduces the thermal and electrical conductivity In the area of cut remains more heat which prejudicing tool life [3411]

USED COOLANT

As a cutting environment (gaseous coolant) was used ozone In the case of machining of austenitic corrosion-resistant steel has not been possible to fully exploit the effects of wetting and lubricating the gaseous coolant because this material is not only resistant to corrosion but also to oxidation Theoretically there could be lubricating effects of strongly oxidizing coolant to rebound on the instruments because there were Co-HSS cutters used without PVD coating and the tools contain only about a quarter of content of chromium from machined austenitic steels Currently PVD coating method provides tools to oxidation resistance This cutting environment was chosen because of its environmental friendliness better distribution to the point of cutting and specific heat capacity which is similar to air and pure Oxygen To generate ozone was used equipment from LifeTech Figure 1 [7]

Intensity of supplied gaseous medium can be controlled by the compressor which is able to transport 14 liters of gas per minute Ozone concentration can be controlled with rotary switch on the ozone generator Ozone is an extract from the workpiece and subsequently neutralized by the neutralization unit

31

Fig 1 Ozone generator with neutralization unit

For the experiments were used cutting tools of high speed steel (HSS-Co) with a given content of alloying elements

Fig 2 Content of alloying elements in tools[8]

THE PARAMETERS OF CUTTING TOOLS

diameter of front cylindercutter-16mm

diameter ofclampingpart-[h6] 16 mm

length of cutting section-32 mm

mill-length- 92 mm

4 teeth

uniform spacing of teeth

without PVD coating

front angle γ = 12 deg

N-type universal milling machines suitable for materials up to 900 Mpa

a tooth through the center [10]

32

PARTIAL EXPERIMENT

Currently for machining of austenitic corrosion-resistant steels are most used tools from sintered carbides that compared with conventional cutting tools from high speed steel and high-speed steels produced by powder metallurgy retain their hardness also at higher cutting speeds Sintered carbides however lagged behind the tools of HSS and HSS-PM with their toughness feed rate per tooth and price Tools of HSS and HSS-PM can be after wearing free of coantig grinded and re-coated Increasing of cutting performance for tools from HSS and HSS-PM is possible by increasing the axial and radial depth of cut If we want change the cutting conditions we must respect the stability of cutting process[15]

Cutting power 310 fep vaaQ [cm3min] (1)

ap- axial depth of cut

ae- radial depth of cut

vf- feed rate [5]

This partial experiment was realized aimed to investigate the effects of change of cutting parameters on the resulting machined surface measure the impact of used coolant on the wear of cutting tools and get results (etalon) for multicriteria evaluation of cutting properties of cutting tools from high-speed steels produced by conventional and powder metallurgy According to the literature HSS Milling Smart Guide is for uncoated cutting tools made of HSS-Co determined a maximum cutting speed to value from 10 to 15 m min During this experiment was achieved in three cases a maximum cutting speed 29 m min and in each case there was not a wearing on the back surface The cutting parameters were changed spindle speed (cutting speed) and feed per tooth All experiments were carried out as co-milling The length of the milling area in each case was 100 mm Roughness values were measured using the Mitutoyo SJ-device 400th Each of the machined surfaces was evaluated by 3 - times and the average value was recorded in the chart

Cutting parameters were

spindle speed - 290 360 580 [revmin]

feed per tooth- 00078 00125 00155 0015 0024 0025 003 004 005 [mmzub]

radial and axial depth of gut- ap= 8mm ae= 2mm

33

CONCLUSION

Fig 3 Character of machined surface

The best values of roughness characterized by a roughnessheightofroughnessprofileRzhave been achieved in terms of spindle speed 580 rpm and feed per tooth of 0015 mm Similar values were reached at a speed of 360 rpm and feed per tooth of 00125 and 00243 mm Properties of appliedcoolantcould notbeusedinfull because theworkpieceischaracterized byhigh resistancetooxidation This preventstheformationof oxidizedlayeron theworkpiece whichwoulddirectlyat thecutting siteact as a lubricatinglayer

Therefore wasusedonlythe coolingcapacityof gaseousmediaanditsability tobetterpenetrateinto thecuttingsite Coolingeffectandability topenetrateinto thecuttingsite however weresufficient Lower cutting speeds compared with cutting speeds applied during the machining with hard metals ensured that there is no curing a thin layer of workpiece before the cutting tool ergo the workpiece material was not exposed to high strain rate In the implementation of other experiments can take advantage of HSS tools machining with high axial depth of cut Increasing the axial depth of cut would provide burden reduction by-bit per unit of its length and also would increase the cutting performance To increase the durability of cutting tools could be used air stream cooled to -5 deg C and more On the test instruments was also observed on the back surface wear VB as well as other forms of wear The maximum wear value VB which was measured on the back surface of cutting tools after time 20 min was 02 mm In the case of one instrument was observed brittle fracture where there is destruction of three teeth and hence the loss of the cutting ability of the instrument

All performed experiments showed that the examination of cutting materials for the application possibilities is justified not only in terms of technology but also from an economic point of view

34

REFERENCES

[1] HUMAacuteR Anton Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha MM publishing sro 2008 242 s ISBN 978-80-254-2250-2

[2] KUDELA Miroslav Sandvik Prekladateľ Priacuteručka oraacuteběniacute Praha Sandivik CZ sro za pomoci nakladateľstva Scientia sro 1997 918 s ISBN 91-97 22 99-4-6

[3] VASILKO Karol Analytickaacute teoacuteria trieskoveacuteho obraacutebania Prešov Fakulta vyacuterobnyacutech technoloacutegiiacute TU v Košiciach so siacutedlom v Prešove 2007 338 s ISBN 978-80-8073-759-7

[4] VASILKO Karol HRUBYacute Jindřich LIPTAacuteK Jaacuten Technoloacutegia obraacutebania a montaacuteže Bratislava Alfa 1991 494 s ISBN 80-05-00807-4

[5] BACH Pavel HSS naacutestroje z PM oceliacute pro vyacutekonneacute a ekonomickeacute freacutezovaacuteniacute titanovyacutech slitin MachiningampTooling Magazine 22009 50-54

[6] LUKOVICS I BIacuteLEK O High Speed Grinding Process Manufacturing Technology8 2008 12-18 ISSN 1213248-9

[7] MATIJA Rudolf MIŠIacuteK Ladislav HLOCH Sergej Využitie procesnyacutech meacutediiacute StrojaacuterstvoStrojaacuterenstviacute 22009 2-3 ISSN 1335- 2938

[8] HSS Smart Guide 01 Introduction[online]Available on the internet httpwwwhssforumcomSmartGuideENhtm

[9] Inox spol s ro vlastnosti antikorovyacutech materiaacutelov[online] Available on the internet httpwwwinoxspolcznerezova-ocel-14301html

[10] Freacutezovacie naacutestroje[online] Available on the internet httpwwwzps-fncz

[11] Vplyv legujuacutecich prvkov na vlastnosti oceliacute[online] Available on the internet httpwwwfpttnuniskkfimpredmetyrocnik1nauka_o_materialipdfvplyv_legujucich_prvkov_na_vlastnosti_ocelipdf

35

Bilous Oleksiy Solop Andriy

LvivNationalAgrarianUniversity Mechanics and power faculty

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode

material

ABSTRACT

In work the analysis of the literary data connected with use of an electro-spark alloying for tool hardening is carried out

Necessity of working out new tungstenless electrode materials with eutectic structure for improvement of technologies of an electro-spark alloying is proved Therefore the structure new eutectic system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li alloy has been developed the manufacturing techniques of an alloy are offered by a sintering method

Analysis carrying out received a new alloy by means of modern a research method was the following stage researches namely electronic spectroscopy on microprobe JAMP-10S (JEOL) where it is established that the alloy break has viscoplasticitycharacter and at it there are all elements of system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li The x-ray-phase analysis on diffractometerwith use monochromatic Coα - radiation has shown to Dron-UM1 presence in an alloy of following phases α-Fe Fe3 (B C) Fe2B Fe3 (Si B)

Work is written on 23 pages to the text consists from introduction 5 sections contain 3 drawings and 2 tables

Keywords an electro-spark alloying eutectic alloy fractographyof a break a x-ray-phase method

INTRODUCTION

The analysis of row of works about creation of new electrode materials for an electro-spark alloying (ESA) shows that lately prevails tendency to development of tungsrenless of electrode materials [1 2 3] It is related to the greater economy and possibility of replacement of deficit a tungsten and cobalt By confirmation there are numerous researches it from the receipt of alloys with an eutectic structure [4-5] that are dispersible are the fixed alloys with optimum correlation of hardness and plasticity due to a presence in the structure of plastic matrix and reinforcing phases Correlation of such phases can be purposefully changed arriving at thus the receipt of eutectic alloys with the set complex of their properties

36

That touches wearproofness of coverages which are inflicted from such eutectic alloys and in particular by an electro-spark treatment the optimum ranges of correlations of elements of alloy are in this case possible also and at the same time plastic and reinforced phases which change his wearproofness substantially

1 GROUND OF CHOICE OF ELEMENTS FOR ALLOYING OF THE SYSTEM FE ndash MN ndash C ndash B THEIR CONCENTRATIONS AND DEVELOPMENT OF COMPOSITION OF COMPONENTS OF ELECTRODE ALLOY

For base material chosen the system Fe ndash Mn ndash C ndash B which allows to get in a structure carbides and metals boride that promotes hardness wearproofness thermal stability and corrosive firmness considerably [6]

Basis of coverage (iron) is a main element which is included in composition of toolpiece and forms hard solutions compounds and carbides A carbon and coniferous boron form with iron an eutectic and also ultrastrong carbides and boride In addition it has high enough diffusive penetrating in the process of satiation of basis of coverage and as marked higher they effectively form hard solutions and compounds Borides also high firmness to the abrasive wear as compared to refractory carbides and oxides [7]A manganese have high properties of bringing together with iron and can easily replace it in carbides simultaneously promotes plasticity and their dispersion at the maintainance of high durability and thermal stability It also is a good carbide creative element

Is a manganese instrumental in displacement αrarrγconverting into the side of considerably lower temperatures Speed of flowing of diffusive processes which slows speed of transformation of austenite in martensit diminishes thus [6]

The analysis of diagrams of the state shows [6] that with the purpose of formation of coverages of eutectic type they must have the followings concentrations of elements (on weight)

860 974 iron

22 13 to the manganese

04 to a 15 carbon

to 35 coniferous boride

Accepting the alloy of Fe ndash Mn ndash C ndash B for basis in the range of concentrations which the eutectic melting (see higher) is at to it finished mixing such elements as a chrome and silicium that allowed substantially to promote the level of mechanical descriptions (hardness wearproofness) and corrosive firmness

37

As known introduction of silicium which is included in a solution with iron (to 15) substantially promotes hardness and limit of durability of alloy at high temperatures and at low - offers resistance corrosion Also does silicium narrow the limit α-solution (more than 3) an alloy up to the temperature of melting feels no phase transformations

Introduction of chrome from 6 to 20 considerably promotes corrosive firmness at to simultaneous influence of mechanical tensions[6]

It should be noted that mixing in refractory admixtures (does the temperature of melting of chrome and silicium exceed 1400 Co and 1500 Co accordingly) does not result in the increase of temperature of synthesis of coverage so as there is the partial melting of charge at their receipt but fusion which appeared muffles the not cut-in particles of powder-like mixture as though a diffusive redistribution is considerably initiator them on all volume of liquid phase [8 9]

A wearproof eutectic alloy was thus developed with the high enough level of physical - mechanical parameters [10] which is used for overcoating on a toolpiece

For the receipt of the indicated eutectic alloy such components are used Ч - 20 B2O3 Fe Mn FeCr FeSi Therefore harmful admixtures - sulphur phosphorus appear in his composition oxygen but other These harmful admixtures sharply reduce the complex of physical ndash mechanical properties of material because they take place on borders of grains and it does material fragile less plastic The results of researches assert that in material is phosphorus to 008 and sulphurs to 009

Consequently to promote the complex of physical - mechanical properties of material and with it official properties of toolpiece such as longevity wearproofness reliability volume of the taken off shaving to our opinion it is possible by introduction to his composition of new element which would have large bring together to phosphorus sulphur oxygen and other components and would provide cleaning of border of grains from these harmful admixtures

The analysis of literary data shows that one of the most effective elements lithium can come forward in such role [9] Mixture in to the alloy of lithium promotes mechanical properties and corrosive firmness the limit of fluidity and durability hardness rises in particular treatment gets better cutting [11] Lithium in steels and alloys having a high cognation to oxygen sulphur and phosphorus used for degassing and also for bundle sulphur and phosphorus [12 13] Introduction of lithium strengthens general desulfuration of alloy condense a structure near-by grains purges from phosphorus and excretions of oxide that the wearproofness promotes in an aggregate

Thus supposition is done that known and used by us in previous researches [14 15] the eutectic alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr for

38

the increase of firmness of cutting instrument at treatment of materials at alloying his lithium can give an additional positive effect in relation to firmness of cutting instrument

It should be noted that lithium with a groundmass (by iron) does not co-operate practically It follows from literary information that lithium does not dissolve in hard iron Boiling lithium (boiling point 1370 Co) erose the iron but diffusions of lithium in iron to 1200 Co it is not observed [12]

Like does lithium co-operate with a carbon which only at a temperature 165 Co forms an eutectic (at 01 on mass of lithium) [13] The analysis of diagrams of the state of lithium shows with a chrome and silicium that a to 5 (on mass) lithium does not have co-operation both in the liquid (two liquid liquids which are unmixed appear) and in hard state [13]

There is not information about co-operating of manganese with lithium We know well that a manganese without restriction dissolves in iron both in the liquid and in hard state thatrsquos why probability of co-operation of it with lithium absents practically Boride at co-operating with lithium in correlation 16 forms black powder Research X-ray structural show that powder is mixture of the coniferous of boride and unidentified boride of lithium [13] It is therefore impossible to do a certain conclusion neither about his composition nor about his structure

It is possible to draw conclusion from higher said that with basic components which form eutectic material of the system Fe-B-Mn-C-Si-Cr lithium does not co-operate practically what can not be said about harmful admixtures which appear in this alloy at his synthesis At co-operating of lithium with sulphur does the sulfide of lithium (Li2S) appear at the temperature of melting 975 Co [13]

Phosphorus with lithium forms two phosphides of LiP and Li3P at what Li3P has a hexagonal grate as Ni3As ( a=4273 Aring s=7594 Aring) [13] Lithium well co-operates with oxygen forming oxides Lio2 has a face-centered cubic grate as CaF2 (a=4602 Aring) Li2O2 has a tetragonal grate ( a=549 Aring s=776 Aring) [13]

From literary sources evidently that lithium links harmful admixtures intensively that substantially can promote the level of physical ndash mechanical properties of eutectic material

2 FEATURES OF TECHNOLOGY OF CAUSING OF WEARPROOF COVERAGE AN ELECTRO-SPARK ALLOYING

As known electro-spark treatment of metals in particular an electro-spark alloying of metallic surfaces is based on the use of the phenomena which accompany instantaneous liberation of electric energy This process is characterized the high temperature of incandescence of spark by ionization of interelectrode space

39

As at ESA the short at times impulses of electric current flow by duration from 10-3 to 10-5 seconds taking of heat on an electrode from the place of digit to periphery is not provided the heat-conducting of metal and due to it the small volumes of superficial layer are added sharp fluctuations in a temperature ndash from the temperature of boiling of metal of electrode to the temperature in a few ten of degrees

As a result of it at first the change of structure of superficial layer of metal takes place secondly the presence of high ionization of interelectrode interval creates necessary terms for flowing on the metallic surface of chemical reactions which causes the change of composition of superficial layer of metal

The result of ESA depends on

technological parameters (electric mode and specific time)

optimum combination of materials of electrode and processed good

external of the processed good environments

qualifications of operator

The electric mode which is determined the size of energy which is selected in an interelectrode interval influences on intensity of process of ESA that is why there is a necessity to manage this size in the operating setting of ldquoElitron-20rdquo The different modes of treatment which engulf the considerable range of powers both for realization of ldquoroughrdquo are for this purpose foreseen and high-precision processes of ESA

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimeters of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maхimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximum limit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

The different modes of treatment are used depending on requirements to the processing surface its cleanness wholeness thickness and porousity of the inflicted layer and also to the possible size of transitional area (thermal affected zone which is located under a superficial layer in which diffusive processes take place) On the minimum modes of treatment that than less energy of impulses of current the less is a thickness of layer got

40

in time unit on unit of surface but the top quality of the inflicted coverage The small thickness of transitional area (especially on the tempered materials) takes place in this case and the inflicted superficial layer is most closeness and his surface is cleaner in all Very often it follows to give advantages the fixed skims than to get thick layers which are more porous and more fragile The maximum modes of treatment (when more energy is selected in every single impulse) result in the transfer of greater portion of material Mainly the thickness of coverage makes 10200 mkm with the height of inequalities of type within the limits of Ra of =25100 mkm by a wholeness more than 80

In quality electrodes different condactive materials are used

The effect of ESA largely depends on external of good environments During working as a toolpiece which is fixed ESA by a method often intensification of the cutting modes is instrumental in the additional increase of firmness A not less value for achievement of positive results of application of ESA has qualification of operator To failings which arise up during unskilled labour flashing off of cuttings verges low wholeness and unevenness of coverage presence of humps belong and temperings

Taking into account it is all higher said in quality the sequence of works for ESA of cutting instrument and laboratory standards the following flowsheet was accepted (Fig 1) preparation of surface of the fastened good direct treatment of ESA of this surface on the certain modes of technological process control of quality of the inflicted coverage

Quality of the fixed layer of cutting instrument especially durability of his tripping with basis substantially depends on preparation of cutting verge of chisel The process of preparation of surface is included by two stages depriving of fat and tooling of surface for overcoating Depriving of fat carried out in well-known solvents (except for ethyl petrol to the acetone and others like that) After depriving of fat removed tracks of corrosion possible dross other contaminations by polishing and took a surface to metallic brilliance

As a result of numerous tests of process of ESA by an eutectic electrode on setting of Elitron-20 with different technological parameters the most optimum modes of causing of an electro-spark coverage were accepted on the cuttings edges of cutting instrumentcapacity of story condensers of C = 470 mkF amplitude of impulses of tension on the condensers of U = 42 B working current of Ip=5 A energy of high bit of W = 037 JouleSuch regime parameters are accepted as a result of the detailed analysis of influence of the factors described higher on the process of ESA

On the cutting instrument of electro-spark coverage after the given modes it is accepted the basic stages of technological process of causing

rapprochement an anode (to the electrode) is with a cathode (by good)

41

hasp of workpiece-to-electrode

decatenation from to the anode of drop of molten metal

explosion of molten drop

besieging of material an anode is on a cathode

a contact of electrode is with the surface of good

divergence of electrode is with the surface of good

Control of quality of the inflicted electro-spark coverage was carried out an external review and 4-10 x whether by magnifying glass (ГОСТ 8309-75)

Preparation of detail

Depriving of fat of surface

of detail

Avoil

Preparation of equipment is for causing of EIL

Choice of the modes of operations of EIL

Establishment

Cathode of detail is on a

metallic surface

Fixing in the

vibrator of Anode

electrode material

Rapprochement an anode is with a

cathode

-----------------------------

Causing of EIP is on a

detail

Control of quality of an electro-spark coverage

Magnifying glass

42

Fig 1 Technological flow-chart of causing of an electro-spark coverage

3 STRUCTURE AND BASIC PHYSICAL ARE MECHANICAL PROPERTIES OF ELECTRODE ALLOY AND WEARPROOF ELECTRO-SPARK COVERAGE

Erosive firmness of eutecticum alloys in the process of ESA depends on the row of physical and thermal constants of alloying elements which characterize force of interatomic connection and inflexibility of crystalline structure of alloy that those factors which influence on correlation of liquid and hard phases in the products of erosionWill mark that transference of electrode material at ESA is carried out actually in liquid and hard forms that promotes descriptions of mass transfer and improves quality of surface A presence in the structure of eutecticum alloy of fusible eutecticum is predetermined by an increase as compared to the tungsten alloy of erosion an anode and increase a cathode in 23 times The coefficient of transfer is here increased to 93 [ 16]

The fractographies of fracture of eutectic electrode alloy are presented on Fig 2 The fracture of alloy in swingeing majority has viscidly plastic character with the strongly ramified structure of surface

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimetre of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maksimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximumlimit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

a) b)

43

Fig 2 Fractographies of fracture of electrode eutectic alloy (a b) x 300 An image is in the second electrons

Spectroscopy researches of eutectic electrode alloy by the method of electronic spectroscopy rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles which was added an analysis In a spectrum there are all basic chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy Except for it high sensuality of method to the easy elements in the high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in very small concentrations

The standards of electrode alloy as fine-grained conglomerates for providing of reliable output of current pressed in in an indium The presence of indium in this spectrum is explained to intentional out-of-focus the probe of to 50 nm for determination of content of elements for the surfaces of fracture A form and size of peaks of oxygen and carbon (as to the antagonist of process of oxidization) allows to think about the low degree of oxidization of surface of fracture

Study of coarse-fine low power part of spectrum allowed to find out weak lances This phenomenon can be explained a segregation on-the-spot fracture of elements with high diffusive mobility such as sulphur and phosphorusIn the resulted spectrum of lance of electrons of iron imposed with high exactness on basic lances of manganese which does uttery difficult their division with the purpose of quantitative analysis

Complete record of distributing of chemical elements stabilizing of them served as a criterion on the depth of standard On border of distributing (transitional layer) formation of tape of oxide took place in the process of making of standard

By a X-ray phase analysis in the standard of electrode alloy found out four phases (table 1)

Table 1Crystalgeometrical of description of structural constituents in an electrode alloy

Phase Spatial

group Size of crystalline grate nm

а b С

1 - Fe Im3m 02867(1) - -

2 Fe3(CВ) Pbnm 04572(1) 05110(1) 06713(1)

3 Fe2B I4mcn 05115(1) - 04249(1)

44

Basic phase - α-Fe with the period of body-centred cube (BCC) grate ndash 2867(1)Aring For quantitative composition such phase is register the phase of type of cement carbide with a rhombic grate - Fe3(CB) (a=4572(1)Aring b=5110(1)Aring c=6713(1)Aring) Taking into account the difference of the resulted periods of grate in relation to such in clean Fe3C it costs to assume that in our case substituted for part of atoms of Fe other atoms (Mn Cr)The third registered phase in a feedstock for an electro-spark alloying was a tetragonal phase of boride iron - Fe2B (a=5115(1)Aring s=4249(1)Aring)Other lines (tabl1) which remained on the diffractogram of initial standard satisfactorily index within the framework of rhombic structure of isomorphic cement carbide in which substituted for a carbon silicium - Fe3(SiB) (a=4468(1)Aring b=5335(1)Aring s=6670(3)Aring)It should be noted that there is a two-bit of austenite in a standard however much all his lances coincide with the strong imprints of other registered phases

Thus as a result of researches of structural constituents of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li and it basic physical ndash mechanical properties it is set that the eutectic of Fe-B-C will be realized in this system Will mark as chance offers that the basic system Fe-Mn-C-B has two eutectic areas [6] the eutectic of Fe-Mn-C and Fe-B-C can be realized in whichTherefore given higher in a table a 1 phase composition of eutectic electrode alloy substantially differs from phase composition of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr (is there a presence in the α - Fe and γ - Fe manganese carbide of iron of Fe04Mn36C and Fe3C) which was used for causing of ESC during the leadthrough of comparative researches of wearproofness of instrumental steels Concerning ESC got from the eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li it should be noted that phase composition of such coverage is adequate phase composition of eutectic electrode alloy but structurally ESC and in this case has the appearance of ldquowhite layerrdquo

The characteristic type of the inflicted electro-spark coverage with the use of eutectic electrode material is rotined the method of ESA on Fig3

Fig 3 General view of electric spark coverage of inflicted ESA (x 70)

4 Fe3(SiB) Pbnm 04468(1) 05335(1) 06670(3)

45

Erosive fossulas which appear under an action on metal ground of high bits take shape which depends on the diameter of electrode and angle of his slope to the plane of basis The diameter of fossulas made 05hellip08 mm depth of penetration in basis of 80 ndash 120 mkm width of the thermal affected (TIZ) of 70hellip100 mkm zone Within the limits of TIZ there is growing of grain shallow under the action of a spark digit The same and also by the involuntary extrass of material outside a fossula the presence of microcracks is explained on the bottom of fossula and them too uneven microrelief

On the next stage of researches conducted the estimation of tribocharacteristic of an electro-spark coverage (ESC) on the machine of friction of СМЦ ndash 2 which was carried out at the friction of chisel with a counterbody at different speeds (6 ms and 9 ms) and loading 20 H Time made works 300 seconds The wearproofness of chisels was estimated after a gravimetric wear by coverages

Results rotined that maximum values of concentration of elements of the basic system Fe ndash Mn ndash C ndash B is chosen coming from possibility of receipt of alloys of eutectic type in obedience to the diagram of the state [6]

Content of additional alloying elements (to the chrome silicon) is limited possibility of receipt of alloys with an eutecticstructure and enhanceable physical ndash mechanical properties of coverage which is well described in-process [6]

That touches an alloying element (to lithium) his introduction to composition of material less than 03 inadvisable because this concentration does not allow fully to remove (to link) harmful admixtures such as P S O2 that take place on borders of grains The effect of introduction of lithium goes down these in composition of electrode material

Exceeding of maximum value of lithium (115 on mass) also worsens the level of mechanical and operating properties of coverage due to appearance in his structure of free (unconnected) lithium because it practically does not co-operate with basic alloying elements It sharply

46

reduces descriptions of durability of alloy and worsens wearproofness of coverage

Optimum physical ndash mechanical descriptions of coverage from point of wearproofness take place at the following composition of components of electrode material C - 08 Mn ndash 35 B ndash 255 Si ndash 278 Cr ndash 975 Li ndash 085 Fe are other correlation of BLi is 31 Thus the high values of wearproofness are marked both in the case of application of steel of U8 and to steel of R6M5

CONCLUSIONS

1 Among eutectic alloys which are recommended for causing the method

of EIL after it physical-mechanical by descriptions a main place is

occupied by materials of the system Fe ndash Mn ndash C ndash B alloyed different

additions which promote their hardness corrosive firmness and

wearproofnessTo the lacks of the indicated systems behaves

circumstance that at the synthesis of these coverages such harmful

admixtures appear in their structure as sulphur oxygen phosphorus

and other which substantially reduce the level of official descriptions of

coverages as a result of their fragilityIntroduction of lithium to

composition such the coverages allows substantially to reduce

negative influence of harmful admixtures From literary information

evidently that lithium is a good deoxidant purges a structure from

phosphorus and promotes desulphuration of alloy that is why

introduction of it to the eutectic alloys can give a positive effect on the

increase of firmness of cutting instrument

2 Technology of receipt of wearproof coverage is offered by the method

of the electro-sparkle alloying with application of eutectic electrode

materials with the admixtures of lithium The optimum modes are set

for technologies of causing of a wearproof electro-spark coverage on

the cuttings verges of cutting instrument

3 Research of eutectic alloy by the method of electronic spectroscopy

rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles

which was added an analysis In a spectrum there are all basic

chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy

Except for it high sensuality of method to the easy elements in the

high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in

very small concentrations

4 X-ray phases did the analysis of eutectic alloy rotin the presence of

phases α- Fe Fe3(BC) Fe2B Fe3(SiB) At research of wearproof

47

coverage registered sciagraphy except for imprints α - Fe γ ndash Fe

maximums of oxide of Fe3o4 After the removal of superficial layer of

coverage of lance of the indicated oxide not registered Are there three

phase constituents on the diffractograms of the polished standards α -

Fe γ ndash Fe and Fe3(B C) Does the amount of austenite make thus ~

5

REFERENCES

1 ВерхотуровАД АлфинцеваРА РогозинскаяАА идр

Свойстваизносо-стойкихпокрытийизэвтектическихсплавовхром ndash

карбид Порошковаяметаллургия- 1984- 3- С 45-50

2 Электроискровое легирование стали безвольфрамовыми

сплавами Коваль-ченко МС Паустовский АВ Кириленко СИ

Середа НН Цыбань ВА Белобородов ЛН Порошковая

металлургия-1984-6-С 47-50

3 Голубец ВМ Пашечко МИ Принципы создания и особенности

формирования эвтектических покрытий из жидкой фазы ФХММ

ndash 1984-6-С 25-29

4 Голубец ВМ Долговечность эвтектических покрытий в

коррозионных средахndashК Наук Думка 1990 ndash 118 с

5 Глухов ВП Боридные покрытия на железе и сталиndash

КНаукДумка1970ndash208 с

6 Пашечко МИ Голубец ВМ Чернец МВ Формирование и

фрикционная стойкость эвтектических покрытий- К Наук

Думка1993 ndash 344 с

7 Пашечко МИ Голубец ВМ Способ получения эвтектических

термо-диффузионно-наплавленных покрытийМеталловедение и

термобрабметаллов- 1989-6-С26-30

8 Голубец ВМ Пашечко МИ Износостойкость покрытий из

эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-B ndashК Наук Думка- 1989ndash

160 с

9 Мальцев МВ Металлография тугоплавких редких и

радиоактивных металлов и сплавовМ Металлургия 1971-487 с

10 Голубець ВМ Білоус ОВ Триботехнічні властивості зміцнених

електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей

при точінні деревинних матеріалів Науковий вісник Збірник

48

науково-технічних праць ndash Львів УкрДЛТУ ndash 2002- Вип 122 -

С 107 ndash 116

11 Свойства лития Гришин ВК Глазунов МГ Аракелов АГ

Вольдейм АВ Македонская ГС ndash М Металлургиздат 1963 ndash

115 с

12 Хансен М Андерко К Структуры двойных сплавов ndash М

Металлургиздат 1962 Т2ndash 707 с

13 Эллиот РП Структуры двойных сплавовndash М Металлургия 1970

ndash 642 с

14 Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості

ріжучого інструменту Білоус ОВ Голубець ВМ Юга ОЙ Гасій

ОБ Науковий вісник Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ

століття наука освіта технології ndash Львів Престиж інформ -

1999- Вип 95 ndash С 239-245

15 Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні

деревини Білоус ОВ Голубець ВМ Гасій ОБ Юга ОЙ

Науковий вісник ndash Львів УкрДЛТУ 2000- 111 ndash С 88-89

16 Гасій ОБ Розробка евтектичних електродів для електроіскрового

зміцнення деталей машин і оснащення Автореф дисhellip канд техн

наук 050201 ФМІНАН України ndash Львів 1993 ndash 16 с

49

Inż BolestaJoanna Dr inż CzekalskiDariusz

Katedra Podstaw Inżynierii Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za

pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the

tracking plane in years 2006 ndash 2010

SUMMARY

The aim of the study concerns the statistical analisys of hourly values of the solar irradiance coefficient of variation on the tracking plane based on data provided by the Faculty of Production Engeenering of Warsaw University of Life Sciences in years 2006 ndash 2010 The registered irradiance measures expressed in Wm2 are conducted every minute in use of pyranometers on three different planes horizontal southern and tracking plane The effects of this consideration are helpful due to the efficiency evaluation of the tracking plane functioning and also to the elimination of measurement errors connected with the Sun ndash tracking device The improvement of solar heating systems efficiency comes along with the increasing interest in renewable sources of energy in which solar radiation energy considered as the clean green energy and practically unlimited stands for one of the most crucial positions in Poland

WSTĘP

Silna i rozwinięta gospodarka energetyczna stanowi fundament prawidłowego funkcjonowania zaroacutewno w sferze globalnej jak i lokalnej każdego państwa i regionu Jednak duży postęp technologiczny ktoacuterego następstwem jest coraz większe zużycie energii wiąże się także ze stałym zmniejszaniem się zasoboacutew nieodnawialnych źroacutedeł energii Obecnie obserwuje się dwie tendencje dotyczące gospodarowania energią Pierwsza z nich dotyczy poprawy efektywności wykorzystania konwencjonalnych źroacutedeł energii oraz racjonalnego ich eksploatowania Druga natomiast określa rozwoacutej gospodarki energetycznej w kierunku odnawialnych źroacutedeł energii (OZE) ktoacutery determinowany jest przez akty prawne Unii Europejskiej (Pakiet Klimatyczny tzw 3x20) bądź Protokoacuteł z Kioto czyli międzynarodowe porozumienie w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałania tzw globalnemu ociepleniu [1] [2] Najważniejszym źroacutedłem energetycznym warunkującym procesy w atmosferze Ziemi jest Słońce Jako źroacutedło energii Słońce cechuje się niewyczerpalnością zasoboacutew energetycznych oraz największym potencjałem

50

wykorzystaniaw większości miejsc na Ziemi co zaowocowało szybkim rozwojem solarnych systemoacutew energetycznych Aktualnie energetyka słoneczna opiera się na poprawie efektywności i sprawności urządzeń oraz systemoacutew instalacji solarnych cieszy się jednak niesłabnącym zainteresowaniem oraz pozostaje dynamicznie rozwijającym się przemysłem [3] [4]

CEL ZAKRES I METODYKA PRACY

Do celu i zakresu pracy należy wyznaczenie prezentacja oraz analiza godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności natężenia promieniowania słonecznego (irradiancji) padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w miesiącach lipcu i październiku lat 2006 ndash 2010 Materiałem źroacutedłowym jest baza pomiarowa zawierająca dane zarejestrowane ze stanowiska badawczego znajdującego się na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wspoacutełczynnik zmienności definiowany jest jako stosunek wartości odchylenia standardowego do średniego natężenia promieniowania słonecznego Rejestrowane co 1 minutę wyniki pomiaroacutew natężenia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera oraz parametry opisujące temperaturę wilgotność oraz prędkość wiatru zapisywane są jako dobowe pliki programu LBX W wyniku konwersji danych otrzymano bazę arkuszy kalkulacyjnych MS Excel z okresu rozważanych pięciu lat zawierających wartości zarejestrowanego natężenia promieniowania słonecznego Do przeprowadzenia analizy wyznaczonych w kolejnych etapach parametroacutew statystycznych obliczono prawdziwy czas słoneczny dla każdego odnotowanego lokalnego czasu wykonania pomiaru zgodnie z matematycznymi zależnościami W każdym z arkuszy kalkulacyjnych wyznaczono zadane zmienne godzinowe w odniesieniu do wyznaczonego prawdziwego czasu słonecznego przy wykorzystaniu funkcji statystycznych programu MS Excel Obliczono w rezultacie godzinowe średnie natężenie promieniowania słonecznego odchylenie standardowe medianę oraz wspoacutełczynnik zmienności

OBIEKT BADAŃ

Dane empiryczne będące podstawą do analizy wspoacutełczynnika zmienności rejestrowane są na stanowisku badawczym zlokalizowanym na Wydziale Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przedstawionym na fotografii 1

51

Fot 1 Stanowisko badawcze na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW (opracowanie własne 2010)

Pomiary całkowitego natężenia promieniowania słonecznego tj bezpośredniego i rozproszonego wykonywane są przy użyciu pyranometroacutew ktoacutere rejestrują wyniki z trzech roacuteżnych płaszczyzn poziomej południowej oraz nadążającej za pozycją Słońca Ponadto w skład stanowiska badawczego wchodzą czujniki temperatury wilgotności oraz parametroacutew wiatru Pomiary rejestrowane są w odstępach 1 minuty a następnie przewodowo przesyłane do odpowiednich konwerteroacutew i komputera gdzie jako przekonwertowane pliki programu LBX firmy LAB-EL zapisywane są jako pliki dobowe ktoacutere umożliwiają stały podgląd mierzonych parametroacutew według kryterioacutew czasu i wybranej ekspozycji także w formie obrazowej tj wykresoacutew Na fotografii 2 przedstawiono pracownię pyranometryczną z ktoacuterą zintegrowane jest stanowisko badawcze Elementem zasadniczym z punktu widzenia niniejszego artykułu jest pyranometr CM 3 dokonujący pomiaru natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca Na fotografii 3 przedstawiono pyranometr CM 3 znajdujący się na stanowisku pomiarowym na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW

52

Fot 2 Pracownia pyranometryczna WIP (opracowanie własne 2010)

Fot 3 Pyranometr CM 3 śledzący pozycję Słońca stanowisko WIP (opracowanie własne 2010)

WYNIKI ANALIZ I OBLICZEŃ

Przykładowe zestawienie wynikoacutew obliczeń wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca lipca roku 2010 zamieszczono w tabeli 1 Analogiczne opracowania wykonano dla wszystkich miesięcy lipca i października z lat 2006 ndash 2010 Wyniki badań uwidaczniają pewną tendencję dotyczącą zależności natężenia promieniowania słonecznego i wspoacutełczynnika zmienności Przy niskich wartościach natężenia promieniowania

53

słonecznego obserwuje się zaroacutewno wysokie wartości zmienności jak i bardzo niskie Wynika to z faktu iż dotyczy to dni o dynamicznie zmieniającym się zachmurzeniu lub o długotrwałych okresach pełnego zachmurzenia Warto zauważyć że przy wysokim stopieniu zachmurzenia dokładne śledzenie ruchu pozornego a w rezultacie pozycji Słońca nie skutkuje wzrostem odnotowanych sum promieniowania słonecznego

Tab 1 Wspoacutełczynnik zmienności lipiec 2010 (opracowanie własne)

Dzień

Godziny czasu słonecznego

6-7 7-8 8-9 9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

1 102

064

029

045 001 039 045 054 045 068 052 038 017

2 009

003

004

002 001 017 001 020 002 002 002 004 009

3 004

005

006

053 049 044 031 014 002 042 045 093 097

4 015

052

039

039 031 021 026 045 047 037 056 041 094

5 064

003

039

059 047 070 068 044 048 010 011 005 045

6 005

006

028

041 062 028 036 028 059 077 013 011 063

7 033

034

047

047 051 060 059 055 038 050 039 020 030

8 028

034

038

020 015 038 034 041 036 039 040 028 054

9 005

004

006

002 002 017 004 004 010 006 005 005 010

10 004

003

002

001 002 016 004 001 001 002 009 017 018

11 005

003

002

015 001 001 001 001 001 001 002 006 011

12 006

003

002

040 037 031 030 029 044 004 011 006 014

13 013

030

049

010 046 026 035 013 044 032 041 096 081

14 009

029

003

009 007 036 064 044 095 078 048 024 049

15 007

003

002

001 003 030 017 010 002 002 021 011 041

16 060

040

050

004 001 014 031 006 022 021 059 070 020

17 007

004

002

001 030 030 035 021 012 052 017 009 053

18 059

062

039

035 057 024 012 043 023 021 025 064 051

19 025

016

031

052 021 022 029 011 023 027 037 041 036

20 11 09 02 029 023 047 069 048 028 034 025 057 057

54

3 3 7

21 009

004

028

017 018 038 042 025 014 004 024 047 050

22 008

004

002

001 001 001 001 021 001 003 004 009 025

23 012

004

002

001 001 001 004 042 027 039 032 073 052

24 044

076

085

054 039 018 034 046 047 045 082 054 080

25 053

085

041

032 035 034 051 054 036 077 078 018 071

26 033

025

046

016 021 021 032 041 016 022 031 035 023

27 030

023

044

016 013 014 027 016 032 026 023 036 053

28 049

045

021

030 030 037 047 034 048 034 038 070 059

29 019

065

027

033 052 039 077 059 054 032 017 028 047

30 048

035

068

039 033 035 036 027 044 028 031 047 026

31 062

082

034

045 043 044 040 101 052 039 036 024 089

Wykres 1 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu lipcu na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 11 do 12 Jednocześnie ilustruje on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wraz z upływem dnia od godziny 9 w lipcu rosną wartości wspoacutełczynnika zmienności

Wyk 1 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Lipiec 2006 - 2010

0

100

200

300

400

500

600

700

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

025

030

035

040

045

050

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

55

Na wykresie 2 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje w jakim stopniu wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepszym pod względem zmienności okazał się rok 2006 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego w poszczegoacutelnych godzinach

Lipiec 2006 - 2010

0

01

02

03

04

05

06

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

Wyk 2 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca lipca w danej godzinie czasu słonecznego (opracowanie własne)

Wykres 3 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu październiku na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 12 do 13 Jednocześnie przedstawia on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wartość wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca października na przestrzeni badanych lat osiąga relatywnie stałe wartości w godzinach od 9 do 15 Od wschodu Słońca do godziny 9 oraz od godziny 15 do zachodu Słońca obserwuje się gwałtowny wzrost zroacuteżnicowania wynikoacutew pomiaroacutew

56

Wyk 3 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Na wykresie 4 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje stopień w jakim wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepiej pod względem zmienności wypada rok 2010 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego

Wyk 4 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca października w danej godzinie czasu słonecznego

(opracowanie własne)

Wykres 5 przedstawia wyniki poroacutewnawcze wartości średniego natężenia promieniowania słonecznego na płaszczyźnie nadążnej miesięcy lipca i października na przestrzenia badanych pięciu lat od roku 2006 do 2010 Opracowanie dla miesiąca lipca przeprowadzano od godzin od 6 do 18 Poroacutewnanie obejmuje godziny od 7 do 17 według analizowanych godzin dla

Październik 2006 - 2010

0

50

100

150

200

250

300

350

400

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

030

040

050

060

070

080

090

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

Październik 2006 - 2010

02

03

04

05

06

07

08

09

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

57

października Godziny przed 7 oraz po 17 nie dają znaczących wartości do poroacutewnywania przy tak zroacuteżnicowanych miesiącach W przypadku obu miesięcy największe natężenie promieniowania słonecznego przypada na przedział czasowy od 11 do 12 godziny czasu słonecznego

Wyk 5 Poroacutewnanie średniego natężenia promieniowania słonecznego w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Krzywe na wykresie 6 opisują zmienność wynikoacutew badań dla analizowanych miesięcy w okresie pięciolecia Wyniki dla miesiąca lipca odbiegają nieznacznie od wartości oczekiwanych Znacząca roacuteżnica między zestawionymi miesiącami jest zauważalna w godzinach wczesno porannych oraz godzinach wieczornych

Wyk 6 Poroacutewnanie wspoacutełczynnika zmienności w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Lata 2006 - 2010

5074

59966337 6372 6432

6173 60325884

5386

4712

950

2308

2945

34673721 3767

3454

2809

1906

884

0

100

200

300

400

500

600

700

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

lipiec październik

Lata 2006 - 2010

022025

028031

036 037 036 037

039

034031

034 036 037

041

054

0

01

02

03

04

05

06

8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

lipiec październik

58

WNIOSKI

1 Energetyka słoneczna oraz inne odnawialne źroacutedła energii stanowią

alternatywę dla stale kurczących się zasoboacutew paliw wyczerpywalnych

Udział energii z OZE w gospodarce energetycznej jest ponadto

regulowany aktami prawnymi ustawami oraz dyrektywami Unii

Europejskiej

2 Przedmiotem rozważań była analiza zmienności natężenia

promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą

za pozycją Słońca w ujęciu wartości godzinowych Baza pomiarowa

obejmowała dane rejestrowane w latach 2006 ndash 2010 na Wydziale

Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie Przeprowadzone obliczenia

są pomocne w ocenie efektywności pochłaniania promieniowania

słonecznego

3 Lipiec na przestrzeni badanych lat charakteryzuje się wspoacutełczynnikiem

zmienności na poziomie 022 divide 037 natomiast w październiku

wartości oscylują w granicach 031 divide 054 Wyniki lipcowe świadczą

o roacutewnomiernym docieraniu promieni słonecznych do odbiornika

w ciągu badanego okresu W październiku zaś obserwuje się stały

charakter przebiegu krzywej wspoacutełczynnika zmienności w kształcie

litery U Wysokie wartości w godzinach porannych i wieczornych

wywołane są kroacutetszym niż w przypadku lipca czasem operacji

słonecznej

4 Dla obu rozpatrywanych miesięcy wspoacutełczynnik zmienności wraz z

upływem kolejnych godzin dnia rośnie Maksymalną wartość osiąga on

w lipcu w godzinie 13-14 oraz 15-16 i wynosi 037 natomiast

w październiku między godziną 15 i 16 woacutewczas roacutewny jest 054 Taka

roacuteżnica odzwierciedla roacutewnież przebiegi godzinowych wartości

średnich oraz sum natężenia promieniowania słonecznego w ktoacuterych

październik charakteryzuje się dużą niestabilnością warunkoacutew

atmosferycznych i pogodowych w stosunku do lipca gdzie obserwuje

się relatywnie podobny dla wszystkich 5 lat rozkład natężenia

promieniowania słonecznego w ciągu dnia

5 W prognozowaniu efektywności oraz rezultatoacutew działania solarnych

systemoacutew grzewczych i ich stabilności zasadnicza jest analiza

wspoacutełczynnika zmienności Im jest on wyższy tym w dalszej

perspektywie większe komplikacje w zaimplementowaniu i osiągnięciu

prawidłowego standardu działania słonecznych instalacji grzewczych

Na podstawie przeanalizowanych miesięcy widoczna jest zależność

59

między wpływem określonego momentu w roku oraz

charakterystycznych dlań warunkoacutew atmosferycznych (zachmurzenie)

na tę zmienną statystyczną

BIBLIOGRAFIA

1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 200928WE z dnia 23

kwietnia 2009 r w sprawie promowania stosowania energii ze źroacutedeł

odnawialnych

2 Protokoacuteł z Kioto do Ramowej konwencji Narodoacutew Zjednoczonych z

dnia 11 grudnia 1997 r w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałaniu

globalnemu ociepleniu

3 Pomierny W Możliwości wykorzystania energii promieniowania

słonecznego do celoacutew grzewczych w Polsce Centralnej Polska

Energetyka Słoneczna 12003

4 Kosieradzki J Kolektory słoneczne w polskich warunkach

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 62008

60

Brzezina Natalia

Warsaw University of Life Sciences

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold

SUMMARY

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI With its designation as a product of Protected Designation of Origin Styrian Pumpkin Seed Oil PGI joins the company of products such as Champagne Prosciutto di Parma Prosciutto di San Daniele Greek Feta Cheese and Nuumlrnberger Lebkuchen as one of the most well controlled elite and exclusive European specialities What is significatnt is that the whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

INTRODUCTION

Quality is an issue for every farmer and buyer whether dealing with commodities produced to basic standards or with the high-end quality products in which Europe excels EU farmers must build on high quality reputation to sustain competitiveness and profitability EU law lays down stringent requirements guaranteeing the standards of all European products In addition EU quality schemes identify products and foodstuffs farmed and produced to exacting specifications Thus three EU schemes known as PDO (protected designation of origin) PGI (protected geographical indication) and TSG (traditional speciality guaranteed) promote and protect names of quality agricultural products and foodstuffs

The Protected Geographical Indication (PGI) is the name of an area a specific place or in exceptional cases the name of a country used as a description of an agricultural product or a foodstuff

which comes from such an area place or country

which has a specific quality goodwill or other characteristic property attributable to its geographical origin

whose production processing or preparation takes place within the determined geographical area

In other words to receive the PGI status the entire product must be traditionally and at least partially manufactured (prepared processed OR produced) within the specific region and thus acquire unique properties

61

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI Therefore these regional ties should be preserved in order to protect this typical Styrian speciality Hence in 1996 the EU-Commision declared Styrian Pumpkin Seed Oil PGI as a Protected Geographical Indication with article 5 VO(EWG) Nr 208192 The whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

DESCRIPTION OF THE PRODUCT

The Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a dark viscous edible oil used mainly as salad oil Produced from Styrian pumpkin seeds (Cucurbita pepo var styriaca) which grow without skin using a gentle pressing process The oil is rich in polyunsaturated fatty acids and different highly nutritious ingredients

Styria is a state or Bundesland located in the southeast of Austria In area it is the second largest of the nine Austrian federal-states covering 16388 kmsup2 It borders Slovenia as well as the other Austrian states of Upper Austria Lower Austria Salzburg Burgenland and Carinthia The population (as of 2006) was 1203986 The capital city is Graz Styrian pumpkin seed oil is pressed exclusively in the traditional area in the southern Styria (administrative districts of Deutschlandsberg Feldbach Fuumlrstenfeld Graz and environs Hartberg Leibnitz Radkersburg Voitsberg and Weiz) and in the southern Burgenland (districts of Jennersdorf and Guumlssing) but the skinless pumpkin seed are also cultivated (but nor pressed) by the farmers form some parts of Lower Austria (administrative districts of Hollabrann Horn Mistelbach Melk Gaumlnseradorf - only in the judicial district of Zistersdorf- and Komeuburg-Stockerau - only in the judicial district of Stockerau)

The development of Styrian pumpkin seed oil is closely linked to the history of Styria It has been proved that oil was being pressed from pumpkin seeds as early as the 18th century The traditional pressing process and the cultivation of skinless pumpkin seeds developed in Styria Mechanisation of harvesting and processing also developed there

The predominantly moist warm climate in the cultivated areas (Illyrian lower alpine climate in Styria) means that the Styrian oil pumpkin does not ripen until autumn This produces the high unsaturated fatty acids content Cultivation plays a major economic role in the abovementioned areas maintaining the small farm structure there (cultivated area at present around 10 000 hectares) The production of Styrian pumpkin seed oil is an important employment factor and provides income for about 70 commercial

62

oil mills in adjacent areas threatened by depopulation Additionally the consumers prefer Styrian pumpkin seed oil

PRODUCTION TECHNOLOGY

Tradition plays an especially important role in the production of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI The farmers and oil pressers continue to depend on traditional production practices all the while mixing new technology with their traditional knowledge Because of this traditional philosophy the import of exotic pumpkin seeds is strictly avoided and only domestic pumpkin seeds are used in this product

It all begins with the sowing of the seeds in rows in the end of April or beginning of May The rows are spaced so that it is possible for a mechanical hoe to easily till the soil between them Depending on the weather conditions the harvest takes place between the middle of September and the middle of October When the seeds are planted on smaller fields they are still harvested by hand but when planted on larger fields the seeds are harvested by machines The yield reaches around 400 ndash 900kg pumpkin oil seeds per 1 hectare After they are harvested the seeds are directly washed and dried Then the dried and so well storable seeds are then freshly pressed when the oil is needed Approximately 25-3 kg of these shell-less pumpkin seeds are necessary for 1 Liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI

To the dried ground kernels fresh water and table salt is added to form a soft pulp The pulp is roasted for up to 60 min at temperatures around 100degC which results in coagulation of the protein fraction and permits convenient separation of the lipid fraction by pressing This roasting process is responsible for the generation of the typical aroma of the end product The subsequent pressing process is performed under isothermal conditions at pressures between 300 and 600 bar leading to a dark green oil as the end product Since the pressing process is not exhaustive the remaining pressing cakes still contain considerable amounts of the valuable oil Styrian pumpkin seed oil production is still predominantly handcraft and is performed mostly by small regional oil mills The individual small farmers bring in their dried pumpkin seeds and get back the oil as a service of the mill the latter being either paid or pocketing a small percentage of the product A few oil mills produce the oil after buying the pumpkin seeds from small farms in the region Some bigger farms have their own oil production Automated and continuous production exists only in the very early experimental state and is currently not of any quantitative importance However the latter approach is also undesired since one hallmark of Styrian pumpkin seed oil is its individuality and that it is handcraft As a consequence standardization over the dozens of oil mills and the hundreds of different products that are due to individual pumpkin seed batches is very difficult to achieve

63

CONTROL SYSTEM OF ORIGINALITY OF THE PRODUCT

In order to ensure the high quality of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI an efficient system of controls are in place that comprehensively monitor the domestic pumpkin seeds on their way from the field to the oil press and once in the bottle on to the shops shelves The system of controls depends on the internal controls of each producer in combination with external controls performed by the producers collective as well as by an accredited external organization Currently two companies LACON GmbH (Rohrbach) and SGS Austria Controll-CoGesmbH (Vienna) have the authority to conducta the quality control

DISTRIBUTION OF THE PRODUCT

According to information from the Ministry of Agriculture in Austria there are no concrete data on market shares of pumpkin seeds and pumpkin seed oil Also there are no figures on the export of these products because it does not pumpkins own goods number is Therefore it can be given to this subject at this point only some estimates The Styrian pumpkin seed oil production is marketed in to two-thirds directly by the farmers and in one third by the commercial rail The product is available in all Austrian supermarkets The gastronomy business plays also a relevant role as a key distribution channel According to producers the export share of pumpkin seed oil reaches around 20 percent of total production The main export target countries are as follows Switzerland and Germany and the Asian region The net prices of pumpkin seeds moves between 240euro and 260euro per kilo and one liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI costs about 17-20euro

PRODUCERSrsquo GROUP

An important role plays also the producersrsquo group called Gemeinschaft Steirisches Kuumlrbiskernoumll ggA The group was founded in 1998 and was at the time of the creation there were about 950 members (farmers and oil millers) Because of the strongly growing demand in recent years the membership increased significantly so in 2006 it was to around 1600 members and currently there are approximately 2100 members The major aim of the group is to concentrate on the precisely functioning of the control system to expand the knowledge about the product among consumers and to ensure the high quality of the product Therefore they organise several different events and meetings for variety of people Additionally many oil mills and pumpkin seeds producers run small restaurants with dishes containing the special oil

64

VARIETY OF USES OF THE PRODUCT

The scientists have proven that pumpkin seed oil contains many health benefits

antioxidants A C and E selenium and many phytosterols which help reduce the risk of arteriosclerosis heart disease stroke and cancer and regulate cholesterol levels It contains more vitamin E than sunflower corn or olive oil

vitamins B1 B2 B6 D

minerals such as calcium magnesium iron and phosphor zinc and a wide range of trace elements

high levels of essential fatty acids (second only to flaxseeds) producing prostaglandins which regulate heart rate blood pressure and inflammation and aid in fighting infections

significant amounts of vegetable protein

As a German folk medicine it has been used to treat irritable bowel syndrome and with castor oil to rid patients of intestinal parasites Preliminary studies have shown that pumpkin seeds may reduce the risk and alleviate symptoms of benign prostatic hyperplasia (BPH) and improve prostate health The German Federal Institute for Drugs and Medical Devices found that components of pumpkin seeds have positive effect on the bladder and prostate As a massage oil it purportedly relieves tension headaches muscle pain rheumatic problems sprains and redness As a cream it is used for dry skin care dandruff and is said to help prevent stretch marks

Moreover Styrian Pumpkin Seed Oil PGI can be used in a wide range of dishes including pumpkin seed oil scrambled eggs pumpkin seed oil spread sour sliced beef salad marinated fish or sheeps cheese pumpkin seed oil dumplings pork medallions with pumpkin seed oil butter pumpkin seed oil polenta steak with pumpkin seed oil salads ice cream with pumpkin seed oil pumpkin seed oil parfait pumpkin seed oil cake etc

CONCLUSION

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a true gift from nature It is a guaranteed natural speciality an is produced without the addition of other oils food colourings aromas or preservatives It has a typical and one of a kind character that comes from the Styrian ground it grows on The sun-rich climate as found in the South and East of Austria is in addition to the unique earth a prerequisite for obtaining the high quality of this product The production chain system of the Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is so accurately planned that it can be an ideal model of production for many other producers of foodstuff who want to be competitive in the market

65

REFERENCES

1 Fruhwirth G O Hermetter A Production technology and

characteristics of Styrian pumpkin seed oil Eur J Lipid Sci Technol

110 (2008) 637-644

2 Fruhwirth G O Hermetter A Seeds and oil of the Styrian oil pumpkin

Components and biological activities Eur J Lipid Sci Technol 109

(2007) 1128ndash1140

3 httpswwwdafneatproddafne_plus_commonattachment_download

c497124dba0fed0d5fc1e0292acdec05Endbericht_HCBPDF

30042011

4 httpenwikipediaorgwikiStyria 30042011

5 httpstmkagrarnetinfo 30042011

6 httpwwwLK-STMKat 30042011

7 httpwwwsteirisches-kuerbiskernoel-ggaat 30042011

66

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass

SUMMARY

The results of investigations of compaction of the milled biomass of eight plant species intended for energy spartina giant miscanthus topinambourpolygonaceous Virginia mallow willow rose and as well as maize were introduced in this work Milled plant material was compaction on investigative stand equipped in device with hydraulic piston which was steered by hydraulic attachment The experiments were performed at two duration and the pressures of compaction and the three phases of the pressure piston It was found that different combinations of the above-mentioned factors a very significant impact on the final density of milled biomass Susceptibility to compaction of biomass of individual plant species was varied From knowledge information follow recommendations which may be useful in practice for the pressure agglomeration of biomass in the form of pellets or briquettes

WSTĘP

Uzyskanie biopaliw stałych z roślin energetycznych wymaga zastosowania roacuteżnych procesoacutew rozdrabniania suszenia i ciśnieniowej aglomeracji Surowiec z roślin energetycznych należy do materiałoacutew charakteryzujących się dużą objętością przy małej masie Stwarza to problemy przy transporcie przeładunku oraz zwiększa potrzebny na duże powierzchnie magazynowe Aby w pełni wykorzystać zalety materiału z roślin energetycznych jako paliwa należy poddać go zagęszczaniu podczas ktoacuterego można wytworzyć końcowe produkty takie jak brykiety lub pelety Produkty takie są łatwiejsze w transporcie i mogą być potrzebne mniejsze powierzchnie do ich przechowywania Ponadto energetyczna jakość końcowa peletoacutew i brykietoacutew jest większa niż surowca (Hejft 2002)

W dostępnej literaturze znajduje się mało informacji o cechach i parametrach procesu niskociśnieniowego zagęszczania rozdrobnionej biomasy pochodzącej z roślin energetycznych Dlatego też celem pracy było wyjaśnienie wpływu ciśnienia i czasu zagęszczania oraz liczby faz obciążenia na zmianę gęstości zmielonego materiału spartiny preriowej ślazowca pensylwańskiego miskanta olbrzymiego kukurydzy wierzby wiciowej słonecznika bulwiastego rdestowca sachalińskiego i roacuteży wielokwiatowej

67

MATERIAŁ I METODY

W badaniach wykorzystano materiał organiczny z wierzby krzewiastej topinamburu ślazowca pensylwańskiego spartiny preriowej roacuteży wielokwiatowej rdestowca sachalińskiego miskanta olbrzymiego i kukurydzy Rośliny zebrano z poletek Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach ktoacutera należy do SGGW w Warszawie Do zbioru roślin zastosowano 2-rzędową przyczepianą sieczkarnię polową Z374 wspoacutełpracującą z ciągnikiem Ursus1234 z silnikiem o mocy 85 kW Toporowy zespoacuteł rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w gładką płytkę denną i proste łopatki rzutnika z ostrą krawędzią natarcia Przy prędkości kątowej tarczy 1047 s-1 i 10 nożach oraz prędkości zasilania 082 mmiddots-1 osiągnięto częstotliwości cięcia 167 Hz i teoretyczną długość cząsteczek materiału 49 mm

Zrębki lub sieczkę suszono w naturalnych warunkach do wilgotności 950-1385 i następnie zmielono rozdrabniaczem bijakowym wyposażonym w ekran perforowany z otworami o średnicy 10 mm

Na każdym etapie badań wyznaczono wilgotność materiału roślinnego metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13183-1 W tym celu 3 proacutebki materiału z każdej rośliny o masie 20 g zważone na wadze RADWAG WSP 600C z dokładnością 001 g suszono do stałej masy w temperaturze 105oC

Charakterystykę wymiarową zrębkoacutew lub sieczki bądź zmielonego materiału przeprowadzono na separatorze mechanicznym zgodnie z metodyką ASAE S4241 (ASAE Standard 2003) Do pomiaru rozkładu wymiaroacutew cząstek rozdrobnionego materiału użyto po 5 uśrednionych niezagęszczonych proacutebek o objętości 10 dm3 Czas przesiewania proacutebki kontrolowano stoperem a masę poszczegoacutelnych frakcji cząstek ważono na wadze elektronicznej z dokładnością 001 g Jeśli ilość resztek na sicie goacuternym przekraczała 1 całkowitej masy proacutebki reprezentatywną proacutebkę na tym sicie określono przez ręczny pomiar suwmiarką z dokładnością 01 mm Średnią długość cząstek wyznaczono jako średnią geometryczną Kosz sitowy poruszał się z częstotliwością 24 Hz a czas rozdzielenia każdej proacutebki wynosił 120 s Analizę rozkładoacutew wymiaroacutew cząstek pociętych i zmielonych podano w pracy Lisowskiego i inn (2010)

Zmielony materiał zagęszczano z wykorzystaniem hydraulicznego urządzenia zaprojektowanego w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie i wykonanego przez firmę Rockfin Sp z oo (rys 1-2) Urządzenie ma możliwość regulacji siły nacisku przez zmianę ciśnienia roboczego czasu trwania i liczby faz w cyklu roboczym liczby tych cykli a także zmiany średnicy tarczy dociskającej spełniającej rolę tłoka Urządzenie zagęszczające było podłączone do hydraulicznej przystawki napędowej firmy Rockfin Sp z oo

68

Przed właściwymi pomiarami zagęszczania przeprowadzono kalibrację systemu pomiarowego i jego skalowanie Pozwoliła ona na przekształcenie wartości w mV wskazywane przez przyrządy na określone wartości wielkości fizyczne drogi i ciśnienia wyrażone w odpowiednio w milimetrach i barach

Skalowanie przetwornika przemieszczeń przeprowadzono za pomocą podkładek dystansowych Za punkt 0rdquo ustalono dno cylindra zagęszczającego o wysokości 430 mm i średnicy 280 mm Na dnie cylindra układano stopniowo podkładki o grubości 50 mm do chwili gdy tłok osiągnął goacuterne położenie cylindra Dla każdej skokowej zmiany położenia tłoka rejestrowano wskazania miernika przesunięć i ciśnienia Na tej podstawie wyznaczono liniowe charakterystyki obu miernikoacutew Dla przetwornika przemieszczeń otrzymano roacutewnanie h = 0055U + 2092 R2 = 0999 a dla ciśnienia p = 0031U ndash 6341 R2 = 0999 (gdzie h ndash droga trzpienia przetwornika przemieszczeń w mm U ndash napięcie w mV p ndash ciśnienie w barach) Funkcje odwrotne wykorzystano do wyznaczenia wartości rzeczywistych

Porcję zmielonego materiału roślinnego o objętości 25 dm3 odmierzoną za pomocą naczynia miarowego z dokładnością 01 dm3 ważono z dokładnością 20 g Pojedyncza porcja materiału roślinnego podlegała cyklowi zagęszczenia według nastawionych parametroacutew ciśnienia i czasu trwania zagęszczania Skok tłoka rejestrowano przetwornikiem przemieszczeń co pozwoliło na wyznaczenie gęstości objętościowej materiału roślinnego Jeden cykl zagęszczania materiału składał się z trzech faz nacisku ktoacutere trwały 6 lub 10 s przedzielonych dwiema fazami przerw polegającymi na wycofaniu tłoka trwającymi 5 s Czas trwania jednego cyklu trwał 28 lub 40 s i kończył się całkowitym uniesieniem tłoka i wysunięciem płyty wraz z cylindrem

69

Rysunek 1 System sterujący pracą urządzenia i rejestrujący

wyniki pomiaroacutew

Rysunek 2 Tłok z czujnikiem przemieszczeń podczas

zagęszczania

Pomiar masy zmielonego materiału roślinnego o znanej objętości pozwolił na wyznaczenie gęstości usypowej

V

mm nnp

z

(1)

gdzie

mnp ndash masa naczynia z materiałem roślinnym kg

mn ndash masa naczynia kg

V ndash objętość naczynia m3

Podczas procesu zagęszczania zmienia się gęstość materiału w zależności od drogi tłoka Na podstawie tego można wyznaczyć średnią gęstość materiału ze wzoru

)( 0 hhS

m

(2)

gdzie

m ndash masa zmielonego materiału roślinnego kg

h0 ndash wysokość początkowa materiału w cylindrze m

S ndash pole przekroju poprzecznego cylindra m2

h ndash droga tłoka rejestrowana przetwornikiem przemieszczeń m

Do zagęszczania zmielonego materiału roślinnego zastosowano tarczę dociskową o średnicy 225 mm oraz ciśnienie zagęszczania 70 lub 190 kPa

70

ktoacuteremu odpowiada ciśnienie w siłowniku hydraulicznym odpowiednio 22 i 60 bar oraz siła nacisku na materiał odpowiednio 278 i 755 kN

Dla każdej z roślin wykonano po trzy proacuteby zmieniając w kombinacji czas i ciśnienie co łącznie dawało 12 pomiaroacutew dla każdego rodzaju materiału W sumie dla ośmiu roślin wykonano 96 pomiaroacutew

Urządzenie zagęszczające wspoacutełpracowało z komputerem wyposażonym w program sterujący (rys 1) Przetworzone sygnały pomiarowe z czujnikoacutew przemieszczenia i ciśnienia zapisywano na dysku komputera ktoacutere transponowano za pomocą napisanych makr na wartości wielkości fizyczne Dla każdego układu pomiarowego sporządzono wykresy zagęszczania będące charakterystykami zmian ciśnienia i przemieszczenia od czasu działania tłoka na materiał roślinny (rys 3)

Rysunek 3 Przykładowe przebiegi zmian zagęszczania rozdrobnionego materiału roślinnego czas zagęszczania 10 s czas odprężenia 5 s

ciśnienie zagęszczania 190 kPa p ndash ciśnienie h ndash wysokość warstwy materiału roślinnego A ndash początek zagęszczania B-C E-F H-I ndash czas zagęszczania przy stabilnym obciążeniu odpowiednio dla pierwszej drugiej i trzeciej fazy cyklu C-D F-G ndash cofnięcie tłoka (odprężenie

materiału) D-E G-H ndash ponowny nacisk tłoka na materiał roślinny I ndash koniec zagęszczania dla jednego cyklu

Dla każdego odcinka zagęszczania przy stabilnym obciążeniu tłoka B-C E-F H-I (faza cyklu) oszacowano roacutewnania regresyjne zmian gęstości materiału roślinnego od czasu (3 roacutewnania dla każdego cyklu) Parametry roacutewnań wykorzystano do wyznaczenia gęstości materiału na początku i końcu ruchu roboczego tłoka oraz gęstości końcowej zagęszczonego materiału roślinnego w cylindrze Otrzymane wartości gęstości dla zmielonego materiału roacuteżnych roślin oraz dla ciśnienia zagęszczenia (70

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h m

m p

bar

A

BC

D

E F

G

H I

71

i 190 kPa) czasu nacisku (6 i 10 s) i fazy cyklu (1 2 3) opracowano metodami analizy statystycznej z wykorzystaniem pakietu komputerowego Statistica v90

WYNIKI I DYSKUSJA

Na podstawie wynikoacutew analizy wariancji (tab 1) można stwierdzić że na zroacuteżnicowanie wartości gęstości materiału miały statystycznie wysoce istotny wpływ wszystkie czynniki głoacutewne rodzaju rośliny ciśnienie czas i faza zagęszczania Interakcje podwoacutejne i niemal wszystkie potroacutejne okazały się statystycznie istotne Interakcja potroacutejna ciśnienie - czas - faza dla ktoacuterej krytyczny poziom istotności wynosił 0056 była na granicy istotności

Tabela 1 Wyniki analizy wariancji dla końcowej gęstości biomasy w zależności od badanych czynnikoacutew

Czynnik Suma

kwadratoacutew

Liczba stopni

swobody

Średni kwadrat

Wspoacutełczynnik Femp

Krytyczny poziom

istotności

Czynniki głoacutewne

A roślina 157120 7 224457 1636 gt00000

B ciśnienie 155199 1 221712 1616 gt00000

C czas 628692 1 449066 3273 gt00000

D faza 291251 2 291251 2123 gt00000

Interakcje

AtimesB 157120 7 224457 1636 gt00001

AtimesC 155199 7 221712 1616 gt00001

AtimesD 628692 14 449066 3273 gt00001

BtimesC 291251 1 291251 2123 gt00001

BtimesD 688352 2 344176 2509 gt00001

CtimesD 114929 2 574644 4188 gt00001

AtimesBtimesC 117917 7 168453 1228 gt00001

AtimesBtimesD 944091 14 674351 492 gt00001

AtimesCtimesD 983682 14 70263 512 gt00001

BtimesCtimesD 803321 2 40166 293 00560

AtimesBtimesCtimesD 182485 14 130347 095 05065

Reszta 259313 189 137202

Ogoacutełem 209341E6 284

Na podstawie wynikoacutew szczegoacutełowej analizy przeprowadzonej testem Duncana można stwierdzić że najmniejszymi wartościami gęstości cechował się zmielony materiał topinambura i ślazowca pensylwańskiego tworząc grupę jednorodną dla tych roślin (tab 2) Klejoną grupę jednorodną

72

utworzyły wartości gęstości zmielonego materiału miskanta i rdestowca Dla pozostałych roślin wyodrębniono indywidualne grupy wartości gęstości zmielonego materiału

Tabela 2 Test Duncana dla czynnika roślina

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

Roślina

topinambur 33 172152 207065 X

ślazowiec 36 173912 195222 X

miskant 36 184423 195222 X

Rdest 36 187346 195222 X

kukurydza 36 236196 195222 X

spartina 36 248142 195222 X

wierzba 36 354262 195222 X

roacuteża 36 379467 195222 X

Na podstawie szczegoacutełowej analizy wartości średnich gęstości zmielonego materiału roślinnego można stwierdzić że statystycznie istotnie roacuteżniły się one dla kolejnych faz zagęszczania (tab 3)

Dla poszczegoacutelnych czynnikoacutew głoacutewnych i ich poziomoacutew obliczono średnie wartości gęstości końcowej zgęszczonego materiału roślinnego (tab 4) W tabeli tej zestawiono roacutewnież wartości błędoacutew standardowych i zakresy zmienności gęstości obejmujące 95 rozkłady średniej z proacuteby Dla poszczegoacutelnych roślin wyznaczono gęstość początkową będącą gęstości nasypową i w odniesieniu do końcowej gęstości zagęszczonego materiału obliczono przyrost gęstości w procentach

Tabela 3 Test Duncana dla czynnika faza zagęszczania

Faza Liczebność Średnia kgmiddotm-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

1 95 220452 120479 X

2 95 249228 120479 X

3 95 256282 120479 X

73

Tabela 4 Gęstość początkowa i końcowa zmielonego materiału oraz dolne i goacuterne wartości zakresu gęstości wraz z błędami standardowymi dla

czynnikoacutew głoacutewnych

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3

Błąd standardowy

kgmiddotm-3

Dolna wartość

kgm3

Goacuterna wartość kgmiddotm

-3

Gęstość nasypowa

kgmiddotm-3

Przyrost gęstości

Średnia ogoacutelna

285 241987

roślina

Topinambur 33 172152 207065 168067 176236 10275 67

ślazowiec 36 173912 195222 170061 177763 7233 240

Miskant 36 184423 195222 180572 188274 6583 180

Rdest 36 187346 195222 183495 191197 11823 58

kukurydza 36 236196 195222 232345 240046 9447 150

spartina 36 248142 195222 244291 251993 6834 263

wierzba 36 354262 195222 350411 358113 19201 84

roacuteża 36 379467 195222 375616 383318 26451 43

ciśnienie

70 144 220166 0976112 218241 222092

190 141 263808 0991247 261853 265764

czas

6 141 234510 0991247 232555 236465

10 144 249465 0976112 247539 25139

faza

1 95 220452 120479 218075 222829

2 95 249228 120479 246851 251605

3 95 256282 120479 253906 258659

Analizując całościowo otrzymane wyniki badań można stwierdzić że najmniejszą gęstość końcową 1561 kgmiddotm-3 uzyskano dla zmielonego materiału topinambura przy ciśnieniu zagęszczania 70 kPa i czasie zagęszczania 6 s a największą 4037 kgmiddotm-3 dla roacuteży przy parametrach 190 kPa i 10 s

Wystąpiła też prawidłowość że jeśli ciśnienie oddziałujące na materiał było stałe to gęstość wzrastała tylko do charakterystycznego dla danej materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu obciążenia nie wpływało już istotnie na zagęszczanie (Hejft i Obidziński 2007)

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian ciśnienia w zakresie 70-190 kPa cechował się materiał kukurydzy ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2059 kgmiddotm-3 do 2665 kgmiddotm-3 (o 29) a najmniejszą materiał ślazowca (z 1626 kgmiddotm-3 do 1882 kgmiddotm-3 czyli o 16)

74

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian czasu obciążenia w zakresie 6-10 s cechował się materiał spartiny ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2237 kgmiddotm-3 do 2718 kgmiddotm-3 (o 21) a najmniejszą materiał roacuteży gdyż gęstość praktycznie nie zmieniała się i wynosiła około 3795 kgmiddotm-3 Zmiana gęstości końcowej zagęszczanego materiału ślazowca była roacutewnież w zakresie błędu pomiarowego i wynosiła około 1739 kgmiddotm-3

Dla miskanta olbrzymiego kukurydzy i ślazowca pensylwańskiego przy zagęszczaniu biomasy przez czas 6 s w pierwszej fazie nacisku tłoka oddziaływanie obciążenia było zbyt kroacutetkie i nie wystąpiła stabilizacja zagęszczania (rys 4a) Zjawisko takie miało miejsce zaroacutewno przy ciśnieniu 70 kPa jak i 190 kPa Dopiero przy 10 sekundowym zagęszczaniu we wszystkich trzech fazach następowała stabilizacja ale w pierwszej fazie nacisku tłoka czas tej stabilizacji był kroacutetszy niż przy kolejnych (rys 4b) Dla rdestowca topinambura oraz wierzby brak stabilizacji zagęszczania w pierwszej fazie obciążenia zaobserwowano tylko podczas kroacutetkotrwałego nacisku tłoka 6 s i przy największym ciśnieniu 190 kPa (rys 5) Dla zmielonego materiału roacuteży występowała kroacutetka stabilizacja już podczas pierwszej fazy nacisku (rys 6) W przypadku spartiny preriowej w żadnym przypadku nie następowała stabilizacja w pierwszej fazie a przy ciśnieniu 190 kPa i czasie obciążenia 6 s nawet w drugiej fazie nacisku tłoka nie osiągano stabilizacji zagęszczenia (rys 7)

Mimo że obciążenie biomasy tłokiem odbywało się przy stałym ciśnieniu utrzymywanym zaworem proporcjonalnym to w zakresie charakterystyki dynamicznej zaworu występował wzrost gęstości materiału Spowodowane było to relaksacją naprężeń między jego cząsteczkami Ta relaksacja naprężeń zwiększała się po cofnięciu tłoka po fazie zagęszczania i materiał nieznacznie się rozprężał W kolejnej fazie nacisku dochodziło do dalszego wzrostu zagęszczania materiału Znacznie większe roacuteżnice między gęstości materiału zachodziły przy większym ciśnieniu zagęszczania (190 kPa) niż przy mniejszym (70 kPa)

Dynamika zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślinnego była większa dla czasu zagęszczania 10 s niż dla 6 s i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wynosiła odpowiednio 223 i 172

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

75

Rysunek 4 Charakterystyka zagęszczania przy ciśnieniu 70 kPa dla a) kukurydzy w czasie 6 s b) miskanta w czasie 10 s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

Rysunek 5 Charakterystyka zagęszczania materiału rdestu w czasie 6 s a) przy ciśnieniu 70 kPa b) przy ciśnieniu 190 kPa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h m

m p

bar

h

p

h_1h_2h_3

Rysunek 6 Charakterystyka zagęszczania materiału roacuteży przy

ciśnieniu 70 kPa w czasie 6 s

Rysunek 7 Charakterystyka zagęszczania materiału spartiny

przy ciśnieniu 190 kPa w czasie 6 s

Największe zmiany w wartościach gęstości zmielonego materiału roślin wystąpiły w pierwszej fazie nacisku tłoka i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wskaźnik dynamiki zmian gęstości wynosił 146 a w zakresie zmian czasu zagęszczenia 6-10 s wynosił 161 Dla drugiej i trzeciej fazy zagęszczania wskaźnik dynamiki zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślin był podobny ale dla obu faz w zakresie zmian badanego ciśnienia cechował się większą progresją niż w zakresie zmian czasu zagęszczania i wynosił odpowiednio 222 i 24

Na podstawie wynikoacutew zamieszczonych w tabeli 1 można stwierdzić że najbardziej podatnym materiałem na zagęszczanie była spartina preriowa W odniesieniu do gęstości nasypowej przyrost gęstości końcowej zmielonego materiału spartiny preriowej wynosił 263 Był to jedyny materiał ktoacutery zachował progresję zmian gęstości aż do drugiej fazy zagęszczania co uzasadnia potrzebę wydłużania czasu obciążenia Zmielony materiał spartiny zawierał największy udział (47) cząstek najmniejszych poniżej 165 mm (Lisowski i in 2010) Tylko nieznacznie

76

mniejszą podatnością na zagęszczanie cechował się zmielony materiał ślazowca (240) Kolejno w rankingu podatności na zagęszczanie zajęły miejsca materiały miskanta (180) kukurydzy (150) wierzby (84) topinamburu (67) rdestowca (58) i roacuteży (43)

Zmielony materiał roacuteży miał największą gęstość nasypową (2645 kgmiddotm-3) gdyż średni wymiar cząstek wynosił 246 mm (Lisowski i in 2010) co umożliwiało łatwiejsze upakowanie cząstek w stanie zsypnym Dlatego też nie było zbyt wiele wolnych przestrzeni pozwalających na przesunięcie i zagęszczenie cząstek pod wpływem zewnętrznego obciążenia Roacuteża zawierała dużą ilość tkanek zdrewniałych z twardym rdzeniem ktoacuterego zgniecenie nie było możliwe pod wpływem nacisku o stosunkowo małym ciśnieniu 190 kPa

Materiał wierzby zawierał roacutewnież dużą ilość tkanek zdrewniałych ale wymiary cząstek były większe (313 mm) i ze względu że roślina była zbierana w cyklu jednorocznym to zawierała dużą ilość długich części włoacuteknistych (Lisowski i in 2010) Mieszanina zmielonego materiału wierzby była pod względem wymiaroacutew cząstek mniej jednorodna niż roacuteży Zawierała ona więcej wolnych przestrzeni i dlatego gęstość nasypowa była mniejsza niż dla roacuteży i wynosiła 1920 kgmiddotm-3 Pod wpływem poroacutewnywalnego obciążenia zmielony materiał wierzby zagęścił się do zbliżonej wartości (3543 kgmiddotm-3) jak roacuteży (3795 kgmiddotm-3) ale przyrost zagęszczenia był niemal dwukrotnie większy

PODSUMOWANIE

Na podstawie wynikoacutew badań można stwierdzić że charakterystyki zagęszczania zmielonego materiału z roślin energetycznych były zroacuteżnicowane dla rodzaju rośliny i statystycznie istotny wpływ na gęstość końcową biomasy miało zaroacutewno ciśnienie jak i czas zagęszczania Biomasa pochodząca z traw o małej gęstości nasypowej była bardziej podatna na zagęszczanie ale w celu ustabilizowania się zagęszczenia wymagała dłuższego czasu obciążenia

Zdrewniała biomasa roacuteży i wierzby ze względu na dominujący udział ścian komoacuterkowych zbudowanych z ligniny powiązanych celulozą i hemicelulozą cechowała się dużą twardością i mniejszą plastycznością dlatego też przyrost gęstości końcowej zagęszczonego materiału był najmniejszy w stosunku do gęstości nasypowej

Potwierdzono że przy stałym ciśnieniu działającym na biomasę gęstość wzrasta tylko do charakterystycznego dla każdego materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu nie wpływa już istotnie na zagęszczanie

Zmielony materiał roacuteży i wierzby może być zagęszczany przez 10 s ale dążąc do zwiększenia gęstości końcowej biomasy wskazane byłoby zastosowanie ciśnienia co najmniej 190 kPa

77

Zmielony materiał spartiny o najmniejszej gęstości nasypowej powinien być zagęszczany przez co najmniej 30 s Biomasa tego rodzaju jest najbardziej wrażliwa na wydłużenie czasu obciążenia

Zmielony materiał z pozostałych roślin (miskant topinambur ślazowiec rdestowiec kukurydza) może być zagęszczany przez 20 s gdyż dalsze wydłużenie czasu wywierana nacisku nie zmienia w sposoacuteb istotny gęstości końcowej biomasy

Największe zmiany gęstości biomasy uzyskano w kolejności dla spartiny preriowej (263) ślazowca pensylwańskiego (240) miskanta olbrzymiego (180) kukurydzy (150) wierzby wiciowej (84) słonecznika bulwiastego (67) rdestowca sachalińskiego (58) i roacuteży wielokwiatowej (43)

LITERATURA

1 ASAE Standards 2003Method of determining and expressing

participle size of chopped forage materials by screening ASAE S4241

In ASAE Standards 2003 American Society of Agricultural Engineers

St Joseph Michigan 2 February 03 s 595

2 HEJFT R 2002 Ciśnieniowa aglomeracja materiałoacutew roślinnych

Politechnika Białostocka Białystok 2002 ss 257 ISBN 83-7204-251-

9

3 HEJFT R OBIDZIŃSKI S 2007 Produkcja granulatu i brykietoacutew

w aspekcie cech jakościowych (Production of pellets and briquettes in

aspects of quality characteristics) Czysta Energia 2007 6 (56) ISSN

1643-126X PNndashEN 13183ndash1Wilgotność sztuki tarcicy Część 1

Oznaczenie wilgotności metodą suszarkowondashwagową

4 SKONECKI S 2004 Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania

materiałoacutew roślinnych Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej

w Lublinie 2004 ss 89 ISSN 0860-4355

78

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of automatic and robotic systems by academician (Ukraine)

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production

ABSTRACT

The synthesis of digital controllers operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system of biogas installation is considered The comparative characteristics of automatic control systems based on PID-controller and fuzzy controller are outlined

INTRODUCTION

Currently much attention is paid to the development and use of alternative energy sources One of the ways of supplement and partial replacement of traditional fuel kinds in rural areas is biogas use Biogas is a gas that is released during decomposition of organic substances Unlike natural gas it can be obtained in industrial conditions by fermentation of organic waste and specially grown energy crops Biogas consists of 50-70 of methane (CH4) and 50-30 of carbon dioxide (CO2)

Being close to natural gas characteristics biogas can be used for the same purpose (production of electricity heat as automobile fuel etc) and with proper clearance is identical to his staff The actuality of this research makes the following a reduction of technological environmental

alternative energy supply of cattle farms production of the high quality

organic fertilizers organic waste recycling germinating ability reduction of weed seeds organic waste processing etc

The analysis of recent research shows that in spite of the large number of publications concerning the creation and use of biogas facilities [1-3] nowadays the adaptive systems of temperature control in facilities for biogas production are not fully developed Due to the growing relevance of research topic the aim is to consider the issues of digital controller operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system in biogas facilities

THE RESEARCH OBJECTIVES

The main task of designers during the creation of biogas installation control system is to maintain a constant temperature throughout the bioreactor capacity Depending on the substrate temperature methanogenic bacterias

79

are psihofilic that can live at a temperatures between +5 deg C to +20 deg C mesophilic living at temperatures from +30 deg C to +42 deg C thermophilic living at temperatures from +54 deg C to +56 deg C Methanogenic bacteria breed very slowly and do not stand sudden temperature changes Any sudden changes in temperature adversely affect the fermentation process Each mode of fermentation is tolerable to the temperature fluctuation between plusmn 3 degC Metabolic activity of the anaerobic bacteria is directly dependent on environmental temperature According to recent research while increasing the temperature and gas output decomposition of organic matter increases too When the temperature decreases to 15 degC the fermentation process stops completely [3-5] The prompt temperature decline in bioreactor occurs during loading a new substrate especially in wintertime It causes the need for adaptive temperature management system within bioreactor depending on the temperature of the substrate that is loaded

To develop an adaptive control system for bioreactor temperature the following tasks should be solved

to analyze and identify characteristics of the control object

to develop a mathematical model of adaptive systems with fuzzy regulator in facilities for biogas production

1 ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE CONTROL OBJECT

Technical options for realization biomass methanogenesis quite a lot from constructively simple not professionally manufactured units and ending with technologically perfect long-term continuous facilities using advanced and automated systems

Scheme of a typical industrial installation for the production and use of biogas irrespective of the method of fermentation involves the following technical equipment

tanks and equipment for the collection and preparation of raw materials

fermentation chamber with heating devices

tanks for biogas and gas installations with equipment for cleaning and counting the number of produced gas

containers for disposal and storage of masses perebrodyla

80

Fig 1 Schemebiogas plantwithcomposting

1 ndash farm 2 ndash pipeline from farm 3 ndash the previous tank 4 ndashfeeding the pipeline 5 ndashtank processed biomass 6 ndashdrain pipe 7 ndash camera for

fermentation 8 ndashswitch flame 9 ndashdesulfator 10 ndash dehidrator 11 ndashgas meter 12 ndashtop weight of showers 13 ndashfeeding pipeline 14 ndashpipeline for gas 15 ndashwater boiler 16 ndash fuse 17 ndashswitch flame 18 ndashgas tank 19 ndash

heater 20ndashpipelinesfor mixing 21 ndashcamera for manure 22 ndashcompost area 23 ndashfan 24 ndashtractor with loader + manure spreader

The optimal temperature for mesophilic fermentation of biomass is about 35 deg C This temperature impossible to receive even in summer so all biogas units typically have a heating device The most commonly used water heaters and sometimes - heat exchangers The cost of heat for keeping the fermentation process depends on the effectiveness of methane fermentation and as constructional solution tank for fermentation (thermal insulation) For heating water instead of biogas produced electrical energy is sometimes used getting it from the mains or from wind powerIn this biogas reactor using internal exchangers (in the form of cylinders or spirals placed in the center of the camera fermentatsiynoho tank) and regardless of the type exchanger the temperature of water flowing in them should not exceed 80 deg C which retains the biological process of fermentation

Biomass temperature in the investigated bioreactor regulating by changing the amount of hot water heaters in a heat exchangerIn this case the bioreactor as an object of temperature control as a regulatory body will have a crane in the main hot water from water heating boiler with radiators Constant temperature hot water provided by SAP water heating boiler valve opening leads to an increase in traffic through the hot water heater

81

and increase the amount of heat is supplied to the bioreactor and vice versa Governing action is formed by a temperature in the form of rotation

flaps to an angle valve φкр

Themaindisturbingactionsontheobjectofregulation causingthetemperaturechangeofbiomassin a reactorat a constantvalueofmanagingtheimpactφкр = constistheatmosphericconditions(temperature humidity etc)

Manageablesizeof theobjectisthe temperatureinside

thebiomassbioreatoruТв

Thusstructuraland functionalcircuitsbioreactoras an object ofregulationwill

look like

Fig2 Structural-functionaldiagram ofbioreactor

Forobjectmanagementin a systemof automatic controlbioreakorombiogas

plantcanuseanalog ordigitalPI-regulators Studyofthese-

regulatorsshowsthatthe transition in

thesystemareverylargereregulation(50) and largetimeadjustment(100 c) [5] Thereforethe implementationis more

suitablemesophilicfermentationregimeusingfuzzycontrollers

2 MODELING FUNCTION THE ADAPTIVE SYSTEM WITH FUZZY CONTROLLER INTO THE PLANT FOR BIOGAS

Functional diagram of the adaptive management system based on fuzzy logic is shown in Fig 3

The scheme consists of a comparator a fuzzy controller FC facility management and CO feedback

Fuzzy-controlerconsists three main parts - fuzzyficatio block the formation of logical decision inferenceand the block where defuzzyfication

BIOREACTOR

F

φкр Tв

82

Fig 3 Functionaldiagramofthe adaptivemanagement

Fuzzy controller FC practicallyimplementedon

a microcomputer(ormicroprocessor) and runsin a discrete mode because automatic control systemwithfuzzycontrollercontainsmicrocomputerdevicewiththe

objectmanagement- analog-digital converterADCanddigital-

analogconverterDAC(see Fig 4 whichshows a block diagram ofcontrol

systemwithfuzzycontrol)

ADCdivides thecontinuous failure )()()( txtut of thedivisionstepIAsthe

first andsecondderivativesof theerrorsare usuallycalculatedfirst

andseconddifferenceinformulas

hkkk )]1()([)(

2)]2()1(2)([)]1()([)( hkkkhkkk -

quantizederrorat the inputADC DACwas

theusuallyzeroorderreleaseof thetransfer function sesH hs )1()(

Fig 4 Blockdiagramofadaptivecontrolwithfuzzy controller FC

Let us note some features of fuzzy controller FC operates in discrete mode so every step of the quantization hit must take the necessary deductions FC handles all input variables so it can provide

u(t)

FC Comparator

Fuzzy controller

Box of defuzzy-fication

Box of fuzzy-ficatio

CO x(t)

u(t)

G0(s)

x(t) FC

H(s)

Estimat

e

Retainer DAC

Control

Object

θ(t)

h

θ(k) m(k) m(t)

(k)

(k)

83

additional variables that characterize the processes in facility management and thus provide a wider effect on the dynamics of control FC system usually stand in the ratio of modified object management due to the nature of fuzzy rules of operation Traditional methods describe the regulators for example using transmission functions for FC are not appropriate and not necessary FC is nonlinear and its feature is the lack of dynamics in the FC Lack of memory and the procedure for designing and describing management process characterized by linguistic rules are the main features of FR

Fuzzy controllers are implemented in practice usually in the form of high-level software such as ldquoPassalrdquo which provides greater flexibility in their setup [6] The simulation results and test management system that includes fuzzy closed-loop controller may change the quantity ranges of linguistic variables membership function and modify the base rules in order to attract the expected result control

Fuzzycontrollersareof interestprimarilytomanageobjectsthat are

eithernotexposedorexposed toformalized descriptionandwith great difficulty but evenapplytodomainobjects forwhichmathematical modelsare obtained theseregulatorsare oftendominated byotherssothatallow

forbetterquality(fewer errorsin thetransitionandsetmodes) automatic

control systems

Forease ofsolution of the problemof synthesisof fuzzycontrollerwould

bethatthe numberof termsby which theestimatedlinguisticparameters (input andoutputparameters offuzzycontroller) the errorsystem speed

ofmeasurements(first derivative) of error acceleration(second

derivative) of error managementactsonan objectmminimum etc is 2

Reflectedranges ][ maxmin ][ maxmin ][ maxmin і ][ maxmin mm - changes

ininputandoutputparameters of a singleuniversalset Conversion of

a fixedvalue ][ віHii xxx eachlinguisticvariable 4nn1ixi appropriate

element u [01] determinedthe

expression )()( НівіНіii xxxxu bywhichwe find

)()(

)()(

)()(

minmaxmin3

minmaxmin2

minmaxmin1

u

u

u

(21)

)()( minmaxmin mmmmuc (22)

84

On thesetU = [01]Set thetwofuzzysubsets membership function(MF) arein a triangularshapeshownin Fig 5

ForanalyticalexpressionsproposeduseMF equationline

passingthroughpointswithcoordinates )u(і)u( 2211 whichareas

follows

)(])[()( 12122112 uuuuuu (23)

Then according toFig 5 we obtainthe followingMF foreachlinguisticvalue

]10[)(]10[1)( 21 uuuuuu (24)

Fig 5 Membership function

WhenfastingvirginsonFuzzy controller (FC) values ofinput

variables і intoquantizationstephcalculationvalues

321 іuuu

bythe formulas(21) andMF

21)( juj

the formulas(24)

Form thelinguisticcontrolrule(working normally) fuzzy controller in the form

If )(1

ja і )(2

ja і )(3

ja то )(

j

cam 21j (25)

wherejj

aa21

andj

a3-linguisticsketcheserrorrateof change(first derivative)

error ofthe second derivativeof errorare considered

85

asfuzzysetsdefinedonuniversalset 21 j j

ca -the linguisticevaluation

ofmanagementactionson theobjectarechosenfromthe set ofvariable-term т

Linguisticevaluationof thechosentermsetsandlinguisticvariables and

m

ijm negative(1) positive(2)

In otherwordsall ofthe signals(as defined above linguisticvariables) in

theautomatic control systemis

characterizedasnegative( 1j )orpositive( 2j )

Let )( i

j x the membership function parameter ][ віHii xxx fuzzy terms

2131 jiа j

i And )( оь

that depends on three variables

)( 321 xxx membership function parameters of the vector

solution (control action on the selected object) 21 jm jis determined

from the system of fuzzy logic equations

)()^()^()( 321321 xxxxxx jjjjm

(26)

Thus )( 321

1

xxxm

-membership functionoffuzzycontrolnegative

)( 321

2

xxxm

-the managementof themembership functionof fuzzy

setspositive The resultingfunctions for thecontrol actionin

accordancewith theworkingruleFR is recorded as

)()()( 321321321

21

xxxvxxxxxxmmm

(27)

Inexpressions(36) and (37) ^-logicaland v - logicalor

Dependingonlinguisticrulesupravlennya formalizedsystems

offuzzysets(26) membership functionof the control action

)(1 uс fuzzysetnegative valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

1

2

1

1

1 uuuA (28)

membership function and managing the impactof )(2 uс fuzzy setspositive

valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

2

2

2

1

2 uuuB (29)

The resultingfunctions for thecontrol actionon thebasis ofexpression(37) is defined as

86

)()()( 21 uvuu ccс (210)

that isgettingthe formation maximum(solidlineinFig 5)

)]()(max[)( 21 uuu ccс (211)

Todeterminethe specific valueof the control actionis formed the resulting figure the resultinglimitedMF

We searchabscissacenter of gravity resultingfigurebythe formula[10]

N

k

kkkk

kkkk

N

k

kkkk

c

bbaa

baabaaaa

u

1

11

11

1

11

))((

])2()2)[((

(212)

where N - number of vertices ka kb - vertex coordinates transforming

shapes

Getting the value 1

cu based on formula (22) becomes the value of the

control action on the object management

cummmm )( minmaxmin (213)

CONCLUSION

Thus theoretically the possibility of improving the temperature control in the

bioreactor biogas plant based on fuzzy controller The mathematical model of temperature processes to increase productivity of biogas reactors with recycling of organic waste in the bioreactor based on the theory of fuzzy logic and linguistic variables Using this methodology takes into account the impact of qualitative and quantitative factors in the process of thermal stabilization of anaerobic processes Found that by the introduction of biogas plant biogas fuzzy controller to rise by over 10

REFERENCES

1 ГелетухаГГ МарценюкЗА

ЭнергетическийпотенциалбиомассывУкраине

Промышленнаятеплотехника minus 1998 minus 4 minus

С 52ndash55

2 СоуферС ЗаборскиО Биомассакакисточникэнергии Пер зангл

М Мир 1985 ndash 368 с

87

3 МовсесовГ Е

Биогазовыеустановкидляпереработкиорганическихотходовфермер

скиххозяйств Сотрудничестводлярешенияпроблемотходов

Материалы IV Международной конференции ndash Х ЭкоИнформ

2007 ndash С 176 ndash 179

4 Сербін ВА Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в

системах ТГВ Навч посібник ndash Макіївка ДонДАБА 2003 ndash 153 с

5 Гостьев ВИ Система регулирования температуры теплоносителя

на выходе смесителя нечеткими регуляторами

Радиоэлектроника Информатика Управление- 2005-2 ndash

С26-29

6 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

7 Панцхава ЕС Кошкин НЛ Биоэнергетические установки по

конверсии органических отходов в топливо и органические

удобрения Теплоэнергетика ndash 1993 ndash 4 ndash С 20ndash23

8 Ратушняк ГС Джеджула ВВ Підвищення продуктивності

біогазового реактора управлінням параметрами

вільноконвективнихпроцесів теплообміну Вісник Хмельницького

національного університету ndash 2006 ndash 2 ndash С 29ndash32

9 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

10 Гостьев ВИ Нечеткие регуляторы в системах автоматического

управления-К laquoРадиоаматорraquo 2008 - 972с

11 Fand RU Kaye J Acoustic streaming near a heated cylinder The

journal of the acoustical society of America ndash 1966 ndash Vol 32 5 ndash Р

579ndash 584

88

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł

Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym

WSTĘP

Rozpatrując specyfikę polskiego rolnictwa z dużą liczba właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych mamy do czynienia z dużą grupą użytkownikoacutew ciągnikoacutew rolniczych i pojazdoacutew napędzanych silnikami wysokoprężnymi często o niezbyt zaawansowanych rozwiązaniach technicznych Wielu z nich może zajmować się uprawą rzepaku na swoich polach a uzyskane w ten sposoacuteb nasiona można przetransportować do znajdującej się niedaleko tłoczni i otrzymać olej rzepakowy w zamian za dostarczony plon Taka grupa rolnikoacutew może zrzeszyć się w grupę producencką ktoacutera wykorzystywałaby naturalny olej rzepakowy w mieszaninie z olejem napędowym do zasilania własnych silnikoacutew wysokoprężnych omijając w ten sposoacuteb konieczność stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych silnikoacutew [Bocheński 2003] Stosując takie rozwiązanie rolnicy mogliby liczyć na obniżone koszty eksploatacji Do tego dochodzi ważny element a mianowicie zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez stosowanie bezpieczniejszego paliwa oraz ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie czy spalanie czystego oleju rzepakowego w poroacutewnaniu z olejem napędowym wykaże roacuteżnice w wytwarzaniu energii cieplnej przez silnik W pracy została zastosowana metoda nieinwazyjna pomiaru temperatury powierzchni przy użyciu kamery termowizyjnej VIGOcam V50 Wykonując pomiary termograficzne należy zwroacutecić uwagę na parametry materiałoacutew ktoacuterych zbudowany jest obiekt (emisyjność) oraz parametry otoczenia (temperaturę wilgotność) [Minkina 2004]

CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem samochodu osobowego marki Ford Fiesta 18 D wyposażonego w dodatkową instalację do zasilania silnika czystym olejem rzepakowym Przykładowy schemat układu adaptującego standardowy układ zasilania dla potrzeb zasilania silnika czystym olejem rzepakowym przedstawia Rysunek 1

89

Rysunek1 Przykładowy schemat układu zasilania dwupaliwowego

METODYKA BADAŃ

W ramach badań przeprowadzono dwie proacuteby określenia rozkładu temperatury zewnętrznej silnika wysokoprężnego zasilanego olejem napędowym oraz czystym olejem rzepakowym

pierwsza proacuteba była wykonana w ustalonych warunkach pracy silnika (silnik osiągnął wymaganą temperaturę pracy) i przy zmianach w rodzaju paliwa zasilającego silnik zmiany paliwa zasilającego układ wtryskowy były dokonywane w pewnych odstępach czasu w celu uzyskania pomiaroacutew na paliwie jednorodnym (czas ten był potrzebny do oproacuteżnienia pompy wtryskowej z pozostałości poprzedniego paliwa) fotografie pracującego silnika były wykonywane przez kamerę w odstępach czasowych 5 sekund

druga proacuteba polegała na pomiarze zmian temperatury zewnętrznej silnika od momentu rozruchu (zimny start) do osiągnięcia optymalnej temperatury pracy przez silnik na wybranym rodzaju paliwa zasilającego a w końcowej fazie trwania proacuteby następowała zmiana paliwa zasilającego przy tej proacutebie wykonano dwa pomiary pierwszy pomiar przy zasilaniu układu wtryskowego olejem napędowym a drugi

ndash przy zasilaniu czystym olejem rzepakowym zdjęcia pracującego silnika były wykonywane przez kameręw odstępach czasowych 5 sekund

90

Rysunek 2 Widok stanowiska na ktoacuterym wykonano pomiary rozkładu temperatury silnika

WYNIKI BADAŃ

Rysunek 3 Przykładowy termogram silnika z przeprowadzonych badań

91

Powyższy rysunek przedstawia obraz termograficzny pochodzący z kamery VIGOcam V50 Kolory jaskrawe (żoacutełty i pomarańczowy) odzwierciedlają temperatury wysokie na powierzchni bloku silnika i oscylują w przedziale 70-90 degC a roacuteżnym odcieniom fioletowego odpowiadają temperatury w granicach 30-50 degC

Rysunek 4 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem rzepakowym (dla całego obszaru silnika)

Rysunek 5 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem napędowym (dla obszaru wtryskiwacza)

WNIOSKI

1 Pomiar temperatury zewnętrznej powierzchni w skład ktoacuterej wchodzą elementy z roacuteżnych materiałoacutew za pomocą kamery termograficznej jest trudny do realizacji z powodu roacuteżnej emisyjności materiałoacutew z ktoacuterych wytworzony jest dany obiekt Roacuteżna emisyjność powierzchni

92

materiałoacutew jest głoacutewną przyczyną błędoacutew pomiarowych ktoacutere mogą wynieść nawet 30-40

2 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że temperatura maksymalna i średnia dla całego obszaru bloku silnika przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym była średnio wyższa o 3-5degC w poroacutewnaniu do pracy silnika na oleju napędowym

3 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że czas potrzebny do osiągnięcia przez silnik optymalnej temperatury pracy był kroacutetszy o około dwie minuty przy zasilaniu go olejem rzepakowym w poroacutewnaniu z olejem napędowym

LITERATURA

1 Bocheński CI Biodiesel - paliwo rolnicze Wyd SGGW Warszawa

2003

2 Lotko W Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami

węglowodorowymi i roślinnymi WNT Warszawa 1997

3 Minkina W Pomiary termowizyjne - przyrządy i metody Wydawnictwo

Politechniki Częstochowskiej Częstochowa 2004

4 Szlachta Z Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami rzepakowymi

WKIŁ Warszawa 2002

93

94

Evrenosoğlu Mehmet

Ege University Department of Agricultural Machinery Izmir (Turkey)

Mathematical modelling in silage mechanization

ABSTRACT

A mathematical model can be described as a system using mathematical language The process of developing a mathematical model is mathematical modelling Mathematical models are used not only in the natural sciences and engineering disciplines but also in social sciences physicists engineers economists statisticians operation research analysts use mathematical models most extensively Mathematical models can take many forms including but not limited to dynamical systems statistical models differential equations or game theoretic models A mathematical model usually describes a system by a set of variables and a set of equations that establish relationships between the variables In the field of agriculture many variables are non-linear and much harder to predict than any other fields This persuaded mathematical modelling to enter in to the fields of agriculture even faster In the present day almost all fields and parts of agricultural processes are modelled and simulated in order to understand and to decrease most of the efforts needed

In this study different models for forage mechanization is being studied and created simulations from these studies are used to investigate the conditions in Turkish forage harvestry systems In Turkey the capacity of the harvesting and trasporting are reasonably lower than EU because of the divided parcels and small areas This requires to develop adjusted simulations for Turkish agricultural silage mechanization

INTRODUCTION

Harvesting machinery for forage mechanization are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example TurkeyAegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole plant corn silage are approximately 34euroda (Provincial directorate of agriculture 2010) Values with rates per hour are more unstable due to large variety of machinery capacities Of the corn silage value approximately 10-20 is typically due to harvest and storage machinery cost Although the values are different for haycrop silage the percentage is similar Minimizing harvest cost depends on selecting the proper sizing and matching of equipment

Aegean and Marmara Regions in Turkey are the most dense regions for silage mechanization because of their climate suitable for silage The size of the lands for silage in those regions are significantly smaller comparing

95

to EU and USA and also divided This two situation (being small and divided) are obstacles for improved mechanized silage production Therefore there is huge variety of production techniques not only because of divided lands but also farmers having old habits and experiences from the past In order to develop a reasonable strategy for silage mechanization in those regions producers need benchmarks for the production chains In that point models and cycle analysis can help farmers to develop a strategy for minimizing cost of productions between the silage production chain However there are no significant studies about that problem and no reasonable mathematical models for silage productions have been formed since present days

MATERIALS AND METHODS

The objective of this study is to research the literature of existing models for silage mechanization and either adapting them or creating new models for Turkish agricultural conditions The existing literature has a chronology development paralel to the development of the silage mechanizationn First models that are created focus on the simple processes like pressing in silos different silo dimensions different knife forms and cutting techniques According to that chronology four main models that are chosen from many studies investigated These studies are

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

b) Equipment Matching For Silage Harvest

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

Attaining a high density in a silo is important for two primary reasons Firstly and most importantly density and dry matter content determine the porosity of the silage Porosity in turn sets the rate at which air moves into the silo and subsequently the amount of spoilage which occurs during storage and feedout Ruppel (1992) measured dry matter loss for alfaalfa silage and developed an equation to relate the loss to density Secondly the higher the density the greater the capacity of the silo Thus higher densities generally reduce the annual cost of storage per ton of crop by both increasing the amount of crop entering the silo and reducing crop losses during storage The factors affecting density in bunker and pile silos are not well understood General recommendations have been to spread the crop in 15 cm layers and pack continiously with heavy single-wheeled tractors In a survey of alfaalfa silage in 25 bunker silos Ruppel et al (1995) found tractor weight and packing time (mint) were the most important factors affecting density However both factors only explained a small fraction of

96

the variation observed and layer thickness was not measured The objectives in that study were to measure density in a wider range of bunker silos and correlate those densities with filling practices

In the study measured densities in over 160 bunker silos containing etiher corn or haycop (largely alfaalfa) silage Density was measured with a 5 cm diameter corer (Holmes 1996) taking cores at approximately chest height at four locations across the silage face Core depth distance from the top and distance from the floor were recorded Cores and a grab sample were researched to determine weight dry matter content and particle size distribution A survey was completed for each silo sampled Information from farmers included number of packing tractors tractor weight number of tires per tractor tire pressure tire condition number of drive wheels silage delivery rate packing time per day harvest time per day filling time filling technique silo dimensions maximum silage height crop crop maturity and theoretical lenght of cut These factors were than correlated with measured dry matter densities The range of densities and dry matter contents observed in haycrop and corn silages are shown in table 1 Ranges of dry matter densities were similar for both haycrop and corn silages Densities on the low end suggested little packing whereas the highest densities were in the range observed in tower silos Average dry matter densities were slightly higher than a recommended minimum density of 224 kgm3

Table 1 Summary of core samples collected from 168 bunker silos

Charasteristic Haycrop silage (87 Silo) Corn silage (81 Silo)

Average Range SD Average Range SD

Dry matter () 42 24-67 95 34 25-46 48

Wet density (kgm

3)

593 208-977 109 689 368-961 83

Dry matter (kgm

3)

237 105-434 38 232 125-378 29

Average particle size

(cm) 11 068-31 015 1 071-17 008

SD Standard deviation

The linear regression which explains 18 of the variation of estimated dry matter density (DMD) is expressed as

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3

where average depth (D) and packing factor are calculated as

D = average silage depth (m) = (height at wall + height at center) divide 2

97

CDMNL

WPF

W Proportioned average tractor weight (kg) for all tractors packing silage

Example Two tractor pack 100 of the filling time tractor 1 weighs 114 tons and tractor 2 weighs 68 tons Then the proportioned average tractor weight is (114+68)divide2=91 tons If tractor 1 packs 90 of filling time and tractor 2 is used 50 of the time then proportioned average tractor weight becomes (114x09+68x05)x[90divide(90+50)]=874 tons

L Layer thickness (m) of the spread but unpacked crop in the silo prior tp driving over it during the first packing pass

N Number of tractor-packing equivalents where N=1 when one tractor is packing continuously during the filling process This value can be fractional reflecting one or more tractor packing intermittently

Example If one tractor packs continiuosly during the silo filling process and another packs 50 of the filling time N=1+05=15 If there is only one packing tractor and it packs for 11 hday and the silo is filled 10 hday then N=1110=11

C Crop delivery rate (thr) to the silo

Using this equations for a bunker silo filling in Turkish farm land conditions had shown that importance on density is not given yet The values are taken from a dairy farm which is located in Aegean Region (Oumldemis) of Turkey The farm had a bunker silo which was 122 m wide had 32 m sidewalls and had material packed to a maximum depth of 43 m at the center The 35 of dry matter content silage was delivered to the silo at the rate of 90 th One packing tractor (65 tons) distributed silage with a blade to a depth of 03 m per layer and packed continiuosly when not pushing up silage A second tractor (5 tons) packed continiuosly Assuming a triangular shaped cross section above the walls the average silage depth was D=(3+43)divide2=365 m The average packing tractor weight was W = (65+5) divide2=575 tons The packing layer thickness was L = 03 m crop delivery rate was C=90 th and dry matter content was DM=035

Using these values the packing factor can be calculated as

CDMNL

WPF

=903502

30

755

=168

The expected dry matter density is

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3 =1536 kgDMm3

Being less than 224 kgDMm3 a change in packing procedure would be beneficial A procedure was developed for estimating the density of a bunker based silage packing in this study Silage of high density experiences less dry matter loss than does that of lower density If the extra

98

efforts for saving silage are more than the cost of the achieving the savings then it is economically viable to implement the changes needed to achieve the savings

b) Equipment Matching for Silage Harvest

Harvesting machinery and associated costs are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example Turkeyrsquos Aegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole-plant corn silage are approximately 280euroha (Aegean Region Provincial Diretorate of Agriculture 2010) rates per hour depend largely on machinery capacities With a typical corn silage yield of 50 tha machinery cost to harvest transport and store silage away are approximately 8euroton Selection and sizing of equipment is important to minimize harvest cost In forage harvesting systems there are significant equipment interactions as the crop moves from the field to the silo The harvester needs to interact with the transport units to align and either unload or switch trailers

Four different factors can limit the capacity of a machine depending on the field conditions and the operation These factors are power throughput capacity speed and traction In systems where machines must interact (such as harvest transport and unloading) the capacity of some machines can be limited by others this may necessiate ilde time for some machineslogistics at the unloading site are critical to system performance If forage can not be packed blown or bagged fast enough the storage site can become the bottleneck of the overall harvest system The blower and bagger capacity values are reasonably consistent with silo filling rates observed on 23 dairy farms the visited farms included 22 tower silos 23 bunker silos and 8 bags

For purposes of illustrating impact of transport system on harvester utilization and system capacity a 350 HP self-propelled forage harvester harvesting either haycrop or whole-plant corn silage was considered with different truck sizes For these simulations round trip trasport distance was 97 km and unloader capacity was non-limiting at (120tDMh) Alignment time of the transport units with harvester and unloader were set realistically at 1 min each and average transport speeds were 40 kmh With the small trucks use of a dump cart was compared to direct chopping into the trucks Harvester utilization (time harvested divided by total time) can not reach 100 due to alignment and interaction time with transport units Values near 100 are more desirable resulting in higher system capacity and lower harvest cost Because of power requirement capacity is lower in haycrops than whole-plant corn and the appriate number of transport units is lower The appropriate number and size of trucks required to keep a harvester maximally utilized depends on several factors including transport distance transport speed unloading rate and harvester power The impact of a reduction in number of transport units is illustrated in table 2 several comparisons can be made using the table4 to illustrate that

99

harvester utilization (hence production cost) is very sensitive to size and number of transport units in some situations

Table 2 Effect of number of trasport units on harvester utilization and system capacity with a 350 HP harvester 10 km round trip transport

distance and 40 kmh transport speed in wole-plant corn

Transport unit Harvest Method

Transport unit

capacity (tDM)

Number of

transport units

Utilization of harvester

(h harvestingh)

System capacity

(th)

Small Truck Dump cart 2 4 064 268

Small Truck Direct to truck 2 5 071 296

Medium Truck Direct to truck 35 4 083 348

Large Truck Direct to truck 5 3 083 345

Small Truck Dump cart 2 3 048 201

Small Truck Direct to truck 2 4 057 237

Medium Truck Direct to truck 35 3 065 272

Large Truck Direct to truck 5 2 055 230

The term of power times distance divided by transport unit capacity and speed was used to establish the functional form on an empirical model (R2=0997) for number of transport units required to keep a harvester maximally utilized The empirical model is

dhkmttDMtkmtkWcreqt ISVDPHCN 06107460440

Ntreq Number of transport units required to keep the harvester as busy as possible

Cc Crop coefficient (16 for whole-plant corn 10 for haycrops)

PH Power of the harvester kW

Dt Round trip transport distance km

Vt Capacity of each transport unit tDM

St Average speed of transport uni kmh

Id Indicator for direct chopping into transport units (1 if material was chopped directly in to transport = if a dump cart was used)

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

After the transport models were developed It became usefull combining models with cycle analysis Together it became much easier to investigate systems and finding out their bottleneck points The principles and developmental steps regarding the use of cycle diagrams were outlined by

100

Hunt (1986) To manually draw a cycle diagram and perform an analysis the developmental steps are

Sketch the cycle to show the proper machine relationships

Mark the support times between individual machine cycles with a zigzag line Mark both machine loops at their points of interaction

Sum the cycle times required for each machine loop and select the largest to be the system cycle time

Add idle times to the other machine loops to bring their total times up to the total system time Identify this on the diagram with circles

Field efficiency can now be estimated more accurately when the machine in question is a part of the system

Outputs from a cycle analysis include system capacity labor efficiency and utilization rates for each machine Here is an example of an Turkish dairy farmrsquos corn silage process cycle (Figure 1)

Figure 1 Example of a corn silage process cycle diagram and output values

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

Cycle diagrams are relatively simple tools which can provide insight concerning the impact of equipment and operational changes on dynamic agricultural systems with interacting components or machinescycle analysis of machine systems that include harvest transport and unloading sub-systems requires machine capacity operational data and parameter input for each machine and operation Outputs include cycle time system capacity and idle time for each machine Efficiency measures of harvester transporter unloader and labor utilization can be computed Selection of machinery sets for agricultural field work has been accomplished with modeling and optimisation approaches Selecting machinery used in simultaneous operations requies consideration of the cycle for each machine With one cycle representing a ldquoroundrdquo by all transport units the volume per cycle is computed as

ttc NVV

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

101

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

Nt Number of transport units

Harvest The productive portion of a harvesterrsquos cycle consists of harvest time and interaction time with the transporter The primary contributor to the harvesterrsquos cycle time is the time to harvest the material per cycle

maxmax fmch ECVT

hthttht TRVIT 1

tththh NTTCT

Transport Productive transport time is spent interacting with the harvester or unloader or in transit Interaction time with the unloader is a combination of alignment and working time

umtatutu CVTT

ttt SDT

maxmax ffmhthht ECVVT

hhtthtttut TTTTCT

Unload Productive unloading time is spent with the transporter(s) The cycle time of the unloader is

tutu TNCT

System The system cycle time is the maximum of the cycle times of system components time required to align the harvester and transporter is assigned to the less busy of harvester and transporter Cycle time and idle time are therefore computed as

ahtthahtt TNCTTCT

Th Time for harvest (hcycle)

Thtt Time for harvesterTransporter interaction for material transfer (htransportercycle)

CTh Cycle time for for the harvester without idle or alignment time (hcycle)

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

Cmmax Theoretical maximum material capacity of the harvester (harvest unitsh)

Efmax Maximum field efficiency of the harvester

Iht Indicator variable for simultaneous harvest and transfer (1yes0no)

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

TRh Transfer rate of storage volume on the harvester (harvest unitsh)

Nt Number of transport units

Ttu Time for interaction between transporter and unloader (htransportercycle)

Ttua Time for alignment of transporter and unloader (htransportercycle)

Cmu Material capacity of the unloader (harvest unitsh)

Tt Travel time (h)

Dt Average distance of travel (km)

St Average speed of travel (kmh)

Thth Time for harvester and transporter interaction due to harvest (htransportercycle)

CTt Cycle time for the transport unit(s) (hcycle)

CTu Cycle time for the unloader (hcycle)

CT Cycle time for the system (hcycle)

Tih Idle time for the harvester (hcycle)

Tit Idle time for the transporter(s) (htransportercycle)

102

utahtth CTCTTNCTCT max

ahtthhi TNCTCTT

tti CTCTT

uahtth CTTCTCTCT max

hhi CTCTT

ahttti TCTCTT

uui CTCTT

uiutithii TLTNTL

Utilization (time use efficiency) of each unit is computed from theoretical capacities or minimal component cycle times and actual system cycle time

CTECVU ffmch maxmax

CTTU tta

CTTCTU ttitb

CTCVU umcu

CTLLU i 11

ut LNL 1

maxmax mfhasys CEUC

CTVC cbsys

max masysactf CCE

Cycle analysis of harvesttransportunload systems involves straightforward computations Althought they are tedious computurizing the analysis in a spredsheet allows improvet understanding of the interrelationships and more rapid evaluation of alternative solutions

CONCLUSIONS

In the first part of the study models and simulations are studied and some of them are reorganized for Turkish agricultural systems Especially problems in the bunker loading site are significant in Turkey There has been no detailed study about the process chain of silage mechanization and there are no specific data for related conditions In the second part of the study these models and simulations will be used to create a database for silage process This database will be used to compare the current situation and routine working systems for preparing silage from forage

Tiu Idle time for the unloader (hcycle)

Li Idle time for labor (hcycle)

Lu Number of laborers at the unloader

Uh Harvest (h)

Uta Utilization of transporter (h travelhtransporter)

Utb Utilization of transporter (h busyhtransporter)

Uu Utilization of unloader (h unloadingh)

U1 Utilization of labour (h workingh)

Csysa System capacity (harvest unitsh)

Csysb System capacity (harvest unitsh)

Efact Actual harvester field efficiency fraction

103

material There are extensive problems on silage quality Some of them are mechanical and some are system based Forexample laborerrsquos and farmererrsquos inadeaquate knowledge on packing systems decrases the quality of the forage materials Ordinary labor work focuses on packing as fast as possible but forgetting to control the bulk density of the material Because of lack of unmatched equipment in the systems processes laborers only focus on the time of the work and spending efforts to keep it short There no data or spreadsheet supporting producers for decision making Economical production and better quality silage will become a key factor in the future having much more importance than present day because of global warming and more human population demanding on better and more efficient production in dairy industry

REFERENCES

1 ASAE 2002a S495 Uniform terminology for agricultural machinery

management In ASAE Standards 49th

2 ed ASAE St Joseph MI

3 ASAE 2002b EP4962 Agricultural machinery management In

ASAE Standards 49th ed ASAE St JosephMI

4 ASAE 2002c D4974 Agricultural machinery management data

InASAEStandards 49th ed ASAE St JosephMI

5 Hunt DR 1986 Engineering Models for Agricultural Production AVI

Publishing Westport CT

6 Lavoie G Gunjal K Raghavan GSV 1991 Soil compaction

machinery selection and optimum crop planning

7 Trans ASAE 34 (1) 2ndash8

8 Parmar RS McClendon RW Potter WD 1996 Farm machinery

selection using simulation and genetic

algorithms Trans ASAE 39 (5) 1905ndash1909

9 Rotz CA Buckmaster DR Mertens DR Black JR 1989

DAFOSYM A dairy forage system model forevaluating alternatives in

forage conservation J Dairy Sci 72 (11) 3050ndash3063

10 Rotz CA Muhtar HA Black JR 1983 A multiple crop machinery

selection algorithm Trans ASAE 26 (6)

11 1644ndash1649

12 Wiersma DW and BJ Holmes 2000 Estimating the weight of forage

in a forage wagon

104

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam

Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat

industry waste material

SUMMARY

Every year a meat industry produces great amount of waste material which in case of mismanagement might be a burden to environment as well as a danger to people Due to the presence of organic components the process of utilization is intricate and costs are very high in Poland In consequence the effective and economically viable methods of recycling are searched for The main waste material of meat industry constitutes of refuse fats from abattoirs It need to be stressed that in Poland the supply of wholesome fat is not sufficient which does not allow its use for energy purposes

Key words waste material meat industry biodiesel biogas

STRESZCZENIE

Przemysł mięsny wytwarza co roku znaczące ilości odpadoacutew ktoacutere w przypadku niewłaściwego zagospodarowania są uciążliwe dla środowiska i mogą być niebezpieczne dla ludzi W Polsce koszty ich utylizacji są wysokie a cały proces skomplikowany ze względu na to że w ich skład wchodzą odpady organiczne Skutkiem tego jest poszukiwanie skutecznych i opłacalnych metod zamiany odpadoacutew w inne produkty Głoacutewny odpad przemysłu mięsnego stanowią tłuszcze odpadowe z ubojni Należy podkreślić że podaż pełnowartościowego tłuszczu w Polsce jest zbyt mała i nie pozwala na jego energetyczne wykorzystanie

WSTĘP

Odpady mięsne charakteryzują się wysokim udziałem związkoacutew organicznych Ich zawartość szacuje się na 50-801 W przemyśle mięsnym wyroacuteżnia się sześć grup odpadoacutew

Odpady rzeźne operacyjne (mają największy udział- 37)

Odpady z zawartością chlorkoacutew

1 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

105

Gnojowica

Osady ściekowe

Odpady energetyczne

Odpady komunalno-gospodarcze

Odpady z przemysłu mięsnego można także podzielić na miękkie i twarde Do miękkich zaliczamy krew poubojową jelita wole przełyki skrawki skoacutery odpady mięsno-tłuszczowe zawartość przewodoacutew pokarmowych błony śluzowe gnojowicę wnętrzności i podroby osady z oczyszczania ściekoacutew soacutel z konserwacji skoacuter i jelit Odpady twarde to pierze odpadowe łapy i głowy drobiowe szczecina włosie rogi racice kopyta kości2

Możliwości wtoacuternego wykorzystania tych odpadoacutew są roacuteżne przedstawia je tabela 1

2Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

106

Tabela 1 Rodzaje produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego i możliwości ich wtoacuternego wykorzystania

Rodzaj odpadu Zastosowanie

Mięso świeże ( ze starych koni i kroacutew ) pasza naturalna dla mięsożernych zwierząt futerkowych domowych i z ogrodoacutew zoologicznych

Krew niespożywcza składnik mączek paszowych

Niegarbarskie części skoacuter produkcja żelatyny aminokwasoacutew osłonek wędliniarskich nici i gąbek i nici chirurgicznych błon do przeszczepoacutew tętnic tworzyw skoacuteropodobnych klejoacutew kosmetykoacutew paszy

Odpady mięsno-tłuszczowe ze skoacuter produkcja pasz

Szczecina produkcja szczotek pędzli pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Włosie produkcja szczotek pędzli smyczkoacutew muzycznych filtroacutew sit surowiec tapicerski i filcowy produkcja pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Rogowizna produkcja przedmiotoacutew użytkowych i galanteryjnych pasz hydrolizatoacutew mączek keratynowych nawozoacutew klejoacutew

Zawartość przewodoacutew pokarmowych nawoacutez pasza dodatek do surowcoacutew utylizacyjnych

Odpady jelit surowiec utylizacyjny

Błona śluzowa jelit produkcja preparatoacutew farmaceutycznych i pasz

Odpady tłuszczowe tłuszcz techniczny i pasze

Kości produkcja klejoacutew żelatyny pasz odzyskiwanie fosforu

Błony- w tym błony surowicze źroacutedło kolagenu

Soacutel z konserwacji skoacuter i jelit oraz peklowni

na razie brak racjonalnego wykorzystania

Inne surowce utylizacyjne pasze tłuszcz techniczny

Gnojowica Nawoacutez

Osady ściekowe nawozy pasze

od listopada 2004 r odpady pochodzenia zwierzęcego ( z wyjątkiem ryb i plazmy krwi ) nie mogą być przeznaczone do produkcji mączek paszowych

Źroacutedło Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego zeszyt 4

Skład i właściwości fizykochemiczne tłuszczoacutew technicznych wykazują brak zagrożenia ekologicznego przy termicznej obroacutebce Zawartość wilgoci i popiołu kształtuje się na poziomie podobnym jak przy oleju opałowym Tłuszcze techniczne nie zawierają w swoim składzie żadnych substancji

107

ktoacutere po spaleniu mogłyby okazać się szkodliwe dlatego są one dobrym surowcem do produkcji paliw

CEL I ZAKRES

Celem pracy zaprezentowanej w artykule jest analiza zasoboacutew surowcoacutew odpadowych przemysłu mięsnego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce Do zrealizowania sformułowanego powyżej celu w pracy przeprowadzono obliczenia i analizę ktoacuterych zakres obejmuje

Charakterystykę przemysłu mięsnego wraz z prognozą do 2020 roku

Określenie wspoacutełczynnikoacutew opisujących ilość odpadoacutew z danego sektora

Określenie wspoacutełczynnikoacutew do przeliczenia ilości odpadoacutew na ilość biopaliwa

Obliczenie potencjału teoretycznego biopaliw z prognozą do 2020 roku

Analiza została przeprowadzona w oparciu o dane literaturowe

CHARAKTERYSTYKA RYNKU MIĘSA

Rynek wieprzowiny

Ostatnie lata były najdłuższym okresem systematycznego pogarszania warunkoacutew chowu trzody chlewnej i w związku z tym ograniczania tego chowu W lipcu 2009 roku pogłowie wynosiło 143 mln sztuk Ocenia się że w 2010 roku pogłowie trzody chlewnej może liczyć około 15 mln sztuk W 2008 roku produkcja żywca wieprzowego w wbc wyniosła 2483 tys ton i była mniejsza w poroacutewnaniu z rokiem ubiegłym o 105 Przewiduje się że rok 2011 będzie charakteryzował się wzrostem produkcji Łączny eksport wieprzowiny w 2008 roku wynioacutesł 399 tys ton a import 514 tys ton Eksport żywca przetworoacutew i tłuszczoacutew wieprzowych w I poacutełroczu 2009 roku ukształtował się na poziomie 151 tys ton w ekwiwalencie mięsa Import produktoacutew wieprzowych wynioacutesł w 2008 roku 514 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku wynioacutesł on 259 tys ton w ekwiwalencie mięsa

Rynek wołowiny

W czerwcu 2009 roku pogłowie kroacutew było mniejsze o 42 w poroacutewnaniu z rokiem poprzednim a pogłowie bydła ogoacutełem o 1 Produkcja żywca wołowego w 2008 roku wzrosła o 24 W I poacutełroczu 2009 roku produkcja żywca wołowego była większa o 85 niż w I poacutełroczu roku poprzedniego W 2008 roku liczba urodzonych cieląt wyniosła 2351 tys sztuk W I poacutełroczu 2009 roku liczba ta zmniejszyła się o 12 Zmniejszył się roacutewnież uboacutej cieląt o ok 2 Łączny eksport żywca mięsa i przetworoacutew

108

wołowych w 2008 roku wynioacutesł 263 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku import mięsa wołowego był zbliżony do roku poprzedniego3

3 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

109

PROGNOZA RYNKOWA

Uboje bydła mogą się zmniejszać o 21 rocznie natomiast w ubojach trzody chlewnej może kształtować się tendencja wzrostowa4

Tabela 2 Uboje całkowite bydła i trzody chlewnej w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

W następnych latach produkcja mięsa wołowego może się zmniejszać w tempie 26 rocznie do ok 300 tys t w 2020 roku5

Tabela 3 Produkcja wołowiny i wieprzowiny w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

POTENCJAŁ TOERETYCZNY BIOPALIW

Dane określające uboacutej bydła i trzody chlewnej (tab 2) oraz produkcję żywca wołowego i wieprzowego (tab 3) służą obliczeniu szacunkowej produkcji odpadowych tłuszczy zwierzęcych

4 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214)

5 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214) s 36

110

Tabela 4 Szacunkowa produkcja tłuszczy zwierzęcych (odpadowych technicznych) w poszczegoacutelnych latach

Wyszczegoacutelnienie 2009 2010 2011 2012

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego (mln szt)

1300 1273 1246 1220

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013 = 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4648 ok 4551 ok 4454 ok4362

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

21 2617 262 263

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001 =066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1386 ok 1727 ok1729 ok 1736

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

783 650 392 382

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 3915 325 196 191

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

47 39 235 23

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 47 ok 39 ok 235 ok 23

Lata 2009 2010 2011 2012

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2286 2393 2396 2404

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 914 957 958 961

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

46 478 48 48

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 46 ok 478 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe ok 696 ok 715 ok 69 ok 68

111

tłuszcze i po utylizacji (tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2013 2014 2015 2016

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1194 1169 1144 1120

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4269 ok 4179 ok 409 ok4004

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

263 265 267 267

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1736 ok 1749 ok 1762 ok 1762

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

375 364 357 353

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 1875 182 1785 1765

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

225 218 214 2118

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 225 ok 218 ok 214 Ok 212

Lata 2013 2014 2015 2016

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2411 2421 2429 2420

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 964 968 971 968

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4822 4842 4858 484

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 48 ok 48 ok 49 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji

ok 671 ok 663 ok 656 ok 645

112

(tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2017 2018 2019 2020

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1096 1073 1050 1028

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 3918 ok 3836 ok 3754 ok 3675

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

268 269 269 27

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1769 ok 1775 ok 1775 ok 1782

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

346 340 325 321

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 173 170 1625 1605

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

2076 204 195 1926

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 2 ok2 ok 2 ok 19

Lata 2017 2018 2019 2020

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2414 2410 2400 2390

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 965 964 960 956

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4828 482 48 478

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

Ok 48 ok 48 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji (tys t)

ok 637 ok 63 ok 621 ok 613

113

Źroacutedło wskaźniki do obliczeń przyjęto na podstawie E Piotrowski IPMiT w Warszawie oddział w Poznaniu oraz K Dowgiałło Dep Weterynaryjny MRiRW W Sikorki ndash ZM Skiba Chojnice

Łączną ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020 przedstawia tabela 5

Tabela 5 Łączna ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

Wydajność produkcji biogazu z tłuszczu kształtuje się na poziomie 800 m3tonę substratu6 natomiast ilość biodiesla wytworzonego z tłuszczu zwierzęcego w każdym kolejnym roku jest proporcjonalna do ilości tłuszczy odpadowych jakie wytworzył przemysł mięsny7

Tabela 6 Szacunkowa ilość biogazu i biodiesla możliwa do wytworzenia z tłuszczu zwierzęcego w latach 2009-2020

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Łącznie tłuszcze odpadowe i po

utylizacji [tys Ton]

696 715 69 68 671 663

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

55680 57200 55200 54400 53680 53040

Biodiesel [tys ton]

696 715 69 68 671 663

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Łącznie tłuszcze odpadowe i po utylizacji[tys ton]

656 645 637 63 621 613

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

52480 51600 50960 50400 49680 49040

Biodiesel [tys ton]

656 645 637 63 621 613

Źroacutedło obliczenia własne

6 httpwwwpostcarbonpl 2009

7 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

114

Tabela 7 Ilość paliwa z odpadoacutew w przeliczeniu na tony oleju ekwiwalentnego

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Biodiesel

[ktoe]

617 631 609 60 593 585

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 307 314 303 299 295 291

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Biodiesel

[ktoe]

579 57 563 556 548 541

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 288 283 28 277 273 269

Źroacutedło opracowanie własne

Tabela 8 Potencjał teoretyczny biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku (ktoe)

Wyszczegoacutelnienie Rynek mięsa

Biodiesel

[ktoe]

6992

Biogaz

[ktoe] 3479

Źroacutedło opracowanie własne

PODSUMOWANIE

1 Przemysł mięsny każdego roku wytwarza znaczące ilości odpadoacutew

ktoacutere mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw ze względu

na wysoki potencjał energetyczny

2 Głoacutewnym odpadem powstającym w sektorze mięsnym

wykorzystywanym do produkcji biopaliw może być odpadowy tłuszcz

zwierzęcy

115

3 Ilość tłuszczu zwierzęcego powstałego przy przetwoacuterstwie mięsa

do 2020 roku szacuje się na 7917 tys ton

4 Potencjał produkcji biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku

szacowany jest na 6992 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew zostanie

wytworzony biodiesel lub 3479 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew

zostanie wytworzony biogaz

LITERATURA

1 Biuletyn informacyjny Podaż i popyt w Europie a perspektywy

produkcji rolniczej w Polsce ARR 2009 Nr 4 (214) s 36- 49

2 httpwwwpostcarbonpl 2009

3 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

4 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

5 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki

zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego

Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

116

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill

INTRODUCTION

Wear arises by impact of friction of cut chip pieces and workpiece surfaces with the tool Its mechanism is characterized by friction of little elements of tactile layers and their removal in form of products of friction from cutting area Wear of cutting wedge has faster progress than wear of machine parts even though that physical nature is the same Cause should be found in peculiarity of friction process in manufacturing cutting New metal surfaces come to contact with cutting material at all times [5]

1 SPECIFICATION OF EXPERIMETAL CONDITIONS

11 CATEGORIZATION OF EXPERIMENT

As the measurements are focused on verification of durability of cutting materials selected on the base of previous testing the long-term method of testing was chosen These methods of long-term testing have the disadvantage of huge time and material consumption although they are more precise as short-term tests

12 CHARACTERISTIC OF EXPERIMENTAL ENVIRONMENT

For the purposes of experiment there was CNC machining center HAAS VF- 1B utilized that is situated in laboratory of Cracow Polytechnics in Cracow Poland

121 CUTTING CONDITIONS

From the viewpoint of cutting conditions established for these experiment the dimensions of relevant workpieces were taken into consideration together with requirements of measurements that should provide the results Entire experiment was realized as long-term durability testing

Established conditions

Spindle speed n with value of 1800 otmin-1

Cut depth ap with value 15 mm

Cutting speed vc with value 34 mmin-1

117

feed rate vf with value 004 mmteeth

122 MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS

As a workpiece material there was steel used marked as STN 17 241 EN X5CrNi 18-10 that is austenitic chrome-nickel steel with very good corrosion resistance good plasticity in cold stage and good weldability

As tool materials there were three kinds of HSS grooving mills with two wedges and diameter of 6 mm (obr2)

A coatless

B with coating ALTiN

C with coating AlTiSiN

123 EXPERIMENT PROCEDURE

According to determined parameters (coating type of cutting plate cutting speed cut depth and feed rate) the verification of durability of mills was started Experiment was realized on material with dimensions 200x100x50 (obr1) With all tool crossing movements the cutting conditions were kept constant As first tested mills samples bdquoAldquo with no coating were tested Second tested were bdquoBldquo samples with AlTiN coating Finally bdquoCldquo samples were tested with AlTiSiN coating After each tool crossing movement the time of tool engagement was measured together with tool wear Milling was realized until the wear reached the value of VBB = 600 microm Wear was monitored with use of optical device with decuple optical zoom With respect to selected material STN 17 24 the wear at first two tool crossings was zero With further tool crossings the wear reached the value of VBB = 200 microm This value was constant until the wear started to increase swiftly what was obvious also from width of working trajectory of the tool Individual measured values were graphically evaluated

Fig1 Fig2

118

2 RESULTS

Fig3 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with no coating bdquoAldquo

Fig 4 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiN coating bdquoBldquo

Fig 5 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiSiN coating bdquoCldquo

119

3 CONCLUSION

Cutting tools for engineering manufacturing are produced of different materials ndash starting from tool steel (high-speed) through sintered carbides (coatless or with hard coating) cermets cutting ceramics to very hard materials (synthetic diamond and cubic boron nitride) This wide assortment of materials is the result of long and intensive research and development in that area and is connected with development of constructional materials that need to be machined Currently and neither in close future there are no expactations in invention of brand new cutting material Therefore the efforts of all research teams in area of cutting materials focus to improvements of technological aspects with precise of application area [5]

Contribution is created woth support of ministry of education of Slovak Republic with exploitation of grant VEGA 1088510 From presented graphs it is obvious that with HSS mills labeled as bdquoAldquo samples lowest durability was achieved as the mills engagement was shortest With mills with AlTiN coating that were labeled as bdquoBldquo samples the impact of coating was observed while reaching doubled lifespan Highest value of lifespan was documented on graph C and achieved after use of HSS mills with AlTiSiN coating lebeled as bdquoCldquo samples Their engagement time was three times longer than with coatless bdquoAldquo samples This experiment confirmed that development and research in the area of tool coating has still significant importance

REFERENCES

1 Biacutelek O Lukovics I Experimental simulation of heat and stress

formation for surface grinding In Katelinic B Daaam International

Scientific Book 2008 7th ed Vienna Austria Daaam International

Vienna Vienna 2008 pp 35-42 ISBN 978-3-901509-69-0

ISSN 1726-9687

2 Buda J Bekeacutes J Teoretickeacute zaacuteklady obraacutebania kovov 1 vyd

Bratislava SVTL 1967 700 s ISBN 63-046-67

3 Neslušan MTurek S Brychta J Čep R Tabaacuteček M

Experimentaacutelne metoacutedy v trieskovom obraacutebaniacute Žilina 2007 ISBN 978-

80-8070-711-8

4 Vasilko K Teoacuteria rezneacuteho procesu 1vyd Prešov 2006

ISBN 80-8073-586-7

5 Humaacuter A Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha 2008 ISBN 978-80-

254-2250-2 Lukovics I Biacutelek O High Speed Grinding Process

Manufacturing Technology 2008 8 12-18 ISSN 1213248-9

120

KovalyshynOleh

Lviv National Agrarian University

Usingcloud computingtechnologyin education process

ANNOTATION

This paper considers thetechnology ofcloudcomputing its

structureandmethodsof applicationtoimprovethe educational process

INTRODUCTION

Cloud computing refers to the provision of computational resources on demand via a computer network such as applications databases file services email etc In the traditional model of computing both data and software are fully contained on the users computer in cloud computing the users computer may contain almost no software or data (perhaps a minimal operating system and web browser only) serving as little more than a display terminal for processes occurring on a network of computers far away Common shorthand for a provided cloud computing service (or even an aggregation of all existing cloud services) is The Cloud

The phrase ldquocloud computingrdquo originated from the cloud symbol that is usually used by flow charts and diagrams to symbolize the internet The principle behind the cloud is that any computer connected to the internet is connected to the same pool of computing power applications and files Users can store and access personal files or use productivity applications

121

on a remote server rather than physically carrying around a storage medium such as a DVD or thumb drive Almost all users of the internet may be using a form of cloud computing though few realize it [1]

Cloud computing involves pooling the processing power of multiple remote computers in the cloud to achieve a task such as data warehousing of hundreds of terabytes managing and synchronizing multiple documents online or computationally intensive work These tasks would normally be difficult time consuming or expensive for a single computer to accomplish The result of this processing is then served using the Internet to one or more clients working on their local computer

The National Institute of Standards and Technology (NIST) provides a specific definition

Cloud computing is a model for enabling convenient on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (eg networks servers storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2]

Cloud computing describes a new supplement consumption and delivery model for IT services based on Internet protocols and it typically involves provisioning of dynamically scalable and often virtualized resources It is a byproduct and consequence of the ease-of-access to remote computing sites provided by the Internet This frequently takes the form of web-based tools or applications that users can access and use through a web browser as if they were programs installed locally on their own computers

Typical cloud computing providers deliver common business applications online that are accessed from another Web service or software like a Web browser while the software and data are stored on servers

Most cloud computing infrastructures consist of services delivered through common centers and built-on servers Clouds often appear as single points of access for consumers computing needs Commercial offerings are generally expected to meet quality of service requirements of customers and typically include service level agreements

The key characteristic of cloud computing is that the computing is in the cloud that is the processing (and the related data) is not in a specified known or static place(s) This is in contrast to a model in which the processing takes place in one or more specific servers that are known All the other concepts mentioned are supplementary or complementary to this concept [3]

122

HOW TOUSECLOUD COMPUTINGTOIMPROVETHE EDUCATIONALPROCESS

Inpracticecloud computingtechnologycan be usedtofacilitatethe learning processinestablishments of higher education Accordingtothe developedproject information required forstudentsduringthe learning process(literature applications software simulators etc) placedon the local serverof the institutionand eachcomputerthat isconnectedto theLANcan accessthese products Thismethodgives atremendousadvantage because theres noneed toinstallsoftwareon eachcomputerseparately simplifyingadministrationof computerclasses andminimizingcarejobs An importantadvantageis thepossibility ofproviding for studentsindividualrooms on the serverwheretheycanposttheir owninformation concerning withtraining In fact studentsrsquo attachment to the workplace disappears from any computer in the university access to the software package as well as their own rooms is granted

Technologyallowsimprovingcomputer studentstestingbecause itminimizesthe chance of interventiontothe applicationof unauthorized personsduring testing This is provided by that the local computer where the actual testing process rakes place has no server side program or processes associated with it which does not allow to hack it Interference in testing process needs to break the server which is ten times harder In addition there is no need to install the testing program on each computer separately Process of updating software changing databases issues is simplified Test results may be available to students through the cloud as an Internet application

Thistechnologybecomessignificant in practicedue tothe factthat existent standardsof educationof engineerstraining areas such as ldquoProcesses machinesandequipmentAIPrdquo rdquoPower engineering and electro technical systems in AIC rdquo ldquoMechanicalldquo ldquoCartransportrdquosoprovide for passing offinalstateexam in the form of test Thanks tothis technologyit is easily toconvertthis examoncomputertestingthatwillsignificantlyreducethe timeof its carrying out and will expandopportunitiesandthe terms of preparationetc

Cloud computingcan alsobe usedas oneof theoptions fordistance learningby making theaccessto theinformationavailable on theserverfrom the Internet Instructional materialsneededfor training must be placedon the serverwherethey will be availableto students The evaluations are conductedusingthe softwarepresented on it Resultsare placedinappropriate studentsrooms where theywere available to theteachers Thismethodcan be usedforongoing monitoringof students registration of the progressof theirstudiesforsome definite period oftime alwaysdeterminingtheirrating

123

CONCLUSIONS

1 Cloud computing technologies have wide a use in the educational

process for its improvement and provide students with additional

opportunities

2 Cloud computing technology is a simple method of implementation of

the methods of computer testing during passing of final state exams by

students of engineering directions if itrsquos provided by existing standards

of education

3 Cloud computing can also be used as one of the variants of distance

studying and constant current control students knowledge of particular

subjects and it presents an opportunity to determine continuously their

rating according to the results

REFERENCES

1 John Rittinghouse James Ransome Cloud Computing

Implementation Management and Security CRC Press 2009

ISBN 1439806802

2 Michael Miller Cloud Computing Web-Based Applications That

Change the Way You Work and Collaborate Online 2008

ISBN 0789738031

3 John Rhoton Cloud Computing Explained Implementation Handbook

for Enterprises 2009 ISBN 9780956355607

124

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron

Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives

ABSTRACT

Decorative qualities and constant demand on Rhododendron are the reasons of perfecting and using micropropagation methods on large scale ndash to mass proliferation of this plants [Bojarczuk 1995 Gertere i Tomsone 1996 Tomsone i wsp 2004 Almeida i wsp 2005 Vejsadova 2008] Meristems fragments and floral inmature buds are using as primary explants to culture iniciation The objective tests was valuation of growth regulators influence on micropropagation of Rhododendron hybrid received in Forest Arboretum in Slizow which is characterized by relatively dark flowerrsquos color rare found among Rhododendrons Technics based on micropropagation permit to get its hybrid seedlings on the mass scale and keep it values because backwoods constitute only the single shrub This technic limits application traditional methods of vegetative proliferation by coupling or cuttings in arboretum and generative proliferation may cause loss this mark Andersonrsquos [1984] medium was applicated as the basic medium and it was modificated by Bojarczuk [1994] Basic medium was supplemented by phytohormons in differentiated concentration (cytokines ndash 2iP 2-8 mgl and auxins ndash IAA 02-4 mgl TDZ 01-02 mgl) and its combination

WSTĘP

Rodzaj Rhododendron oznacza zaroacutewno Roacuteżaneczniki - zimozielone oraz Azalie ndash zrzucające liście W rodzaju Rhododendron oznaczono 850 gatunkoacutew krzewoacutew i krzewinek występujących od strefy arktycznej do goacuter tropikoacutew Naturalnie większość gatunkoacutew występuje w Azji w goacuterach Chin i Himalajach w formie goacuterskich zarośli Jest to rodzaj o niezwykle dużym zroacuteżnicowaniu dekoracyjnych form kwiatoacutew niestety najczęściej nie mrozoodporny w warunkach Polski wyjątek - Rhododendron luteum Azalia pontyjska wcześniej traktowana jako flora rodzima Polski teraz gatunek uznany za zawleczony przez Tataroacutew Charakterystycznym warunkiem zdrowego wzrostu większości roacuteżanecznikoacutew jest zapewnienie im podłoża o kwaśnym odczynie ndash pH 4-5 Jest to cecha typowa dla rodziny

125

EricaceaeHodowla roacuteżanecznika rozwija się głoacutewnie w kierunku tworzenia odmian dpornych na niekorzystne czynniki środowiskowe abiotyczne - mroacutez zasolenie suszę oraz biotyczne ndash patogeny (fitoftoroza mączniak prawdziwy szara pleśń mączlik roacuteżanecznikowy kibitnik azaliaczek mszyca azaliowa i inne) oraz o coraz to bardziej wysublimowanych walorach dekoracyjnych Sposoby rozmnażania Rhododendronoacutew można podzielić na proste (nielaboratoryjne) oraz laboratoryjne Proste to odkłady (proste ndash pędy przyginane do ziemi powietrzne ndash nacięcie pędu w ktoacuterym umieszcza się ukorzeniacz oraz torf zawinięte folią do czasu wydania korzeni przybyszowych) a także sadzonki poacutełzdrewniałe ndash pobrane z pędoacutew wierzchołkowych i ukorzeniane w ukorzeniaczu Do laboratoryjnych sposoboacutew rozmnażania zaliczamy kultury in vitro (mikropropagacja)

Powodem doskonalenia i wykorzystania na szeroką skalę metod mikropropagacji do masowego mnożenia roacuteżanecznikoacutew są w szczegoacutelności walory dekoracyjne i stały popyt na te rośliny Jako eksplantaty pierwotne do inicjacji kultur wykorzystuje się fragmenty merystemoacutew i pąki kwiatowe Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu regulatoroacutew wzrostu na mikropropagację mieszańca roacuteżanecznika otrzymanego w Arboretum Leśnym w Ślizowie charakteryzującego się stosunkowo ciemnym zabarwieniem kwiatoacutew rzadko spotykanym wśroacuted roacuteżanecznikoacutew

MATERIAŁ I METODY

Materiał do założenia doświadczenia stanowiły eksplantaty wtoacuterne w postaci pięciolistnych pędoacutew umieszczanych na pożywce Alo (kontrola) oraz wzbogaconej następującymi regulatorami wzrostu (mgl)

1 Al0 2 Al0+20 22iP+02IAA 3 Al0+20 22iP 4 Al0+20 22iP+02IAA+05TDZ 5 Al0+80 22iP+20IAA+05TDZ

Jako pożywkę podstawową zastosowano pożywkę Andersona (1984) z modyfikacjami (AL) zaproponowanymi przez Bojarczuk (1995) W drugiej fazie doświadczenia materiał przełożono na pożywkę MS Doświadczenie założono w pięciu powtoacuterzeniach (powtoacuterzeniem były szklane naczynia ze sterylnymi warunkami w ktoacuterym było 5 eksplantatoacutew) Pomiary wykonano po 15 miesiącu a następnie kolejny raz po przełożeniu na pożywkę MS bez regulatoroacutew wzrostu Obserwowano wielkość eksplantatoacutew liczbę korzeni i liści obecność pędoacutew bocznych pędoacutew przybyszowych tkanki kalusowej

126

WYNIKI

Metoda kultur in vitro składa się z kilku następujących po sobie etapoacutew do ktoacuterych należą pozyskanie sterylnego materiału roślinnego przeniesienie materiału na pożywkę w celu inicjacji kultury pobudzanie do wzrostu eksplantatoacutew pierwotnych za pomocą fitohormonoacutew wielokrotne pasażowanie roślin do momentu uzyskaniu odpowiedniej ilości mikrosadzonek o wysokiej jakości wysadzenie do warunkoacutew in vivo W ten sposoacuteb uzyskuje się gotowy materiał handlowy Na bazie wykonanego doświadczenia można wywnioskować że wykorzystanie techniki opartej na mikropropagacji pozwoli na uzyskanie sadzonek tego mieszańca na skalę masową zachowując jego walory Matecznik do pozyskania eksplantatoacutew pierwotnych stanowił tylko pojedynczy krzew W tym przypadku ogranicza to zastosowanie tradycyjnych metod wegetatywnego mnożenia poprzez szczepienie czy sadzonkowanie w szkoacutełce Stwierdzono następczy wpływ zastosowanych regulatoroacutew wzrostu co było widoczne w postaci rozwijających się pędoacutew przybyszowych z morfogennej tkanki kalusowej

Najprzydatniejszą pożywką do namnażania (w celu uzyskania licznych pędoacutew przybyszowych) okazały się pożywki Al0 +20 22iP Al0 +20 22iP+02IAA+05TDZ oraz Al0 +80 22iP+20IAA+05TDZ na ktoacuterych odnotowano od 70 -97 eksplantatoacutew z morfogenną tkanką kalusową regenerującą w nowe pędy

LITERATURA

1 Almeida R Gonccedilalves S Romano A 2005 In vitro micropropagation of endangered Rhododendron ponticum L subsp baeticum (Boissier amp Reuter) Handel-Mazzetti

2 Bojarczuk K 1994 a In vitro rapid propagation of Rhododendron cultivars from callus and bud cultures

3 Bojarczuk K 1996 Regeneracja wybranych odmian roacuteżanecznikoacutew z pąkoacutew bocznych i przybyszowych w kulturach in vitro

4 Vejsadovaacute H 2008 Growth regulator effect on in vitro regeneration of Rhododendron cultivars

127

Inż OsypiukRoman dr inż Gendek Arkadiusz

Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw

WSTĘP

Pilarki spalinowe używane do pozyskiwania drewna wyposażone są w piły łańcuchowe z zębami tnącymi typu żłobikowego Ze względu na to że piła łańcuchowa należy do wieloostrzowych narzędzi skrawających podstawową zasadą pracy jest zachowanie takich samych kształtoacutew wymiaroacutew liniowych i kątowych wszystkich takich samych elementoacutew w całym okresie eksploatacji Szczegoacutelnie istotne jest to w przypadku ogniw tnących Zachowanie określonych wymiaroacutew poszczegoacutelnych ogniw podczas eksploatacji wpływa pozytywnie na trwałość całego zespołu tnącego komfort pracy wydajność skrawania oraz bezpieczeństwo operatora podczas pozyskiwania drewna

Diagnostyka stanu piły łańcuchowej przez operatora polega przede wszystkim na ocenie wizualnej jej stanu technicznego oraz na przeprowadzeniu pomiaru zniżenia ogranicznika posuwu i długości poacutełki zęba tnącego Operatorzy zazwyczaj nie sprawdzają konta nachylenia ogniwa tnącego

W czasie eksploatacji ostrzenie pił i zniżanie ogranicznika posuwu odbywa się ręcznie Bardzo często użytkownicy pilarek nie używają dodatkowych akcesorioacutew (np prowadnikoacutew rolkowych) dla zachowania odpowiednich parametroacutew Wielokrotne ostrzenie bdquoz rękirdquo powoduje to że w poszczegoacutelnych ogniwach otrzymuje się roacuteżną długość poacutełki roacuteżne kąty oraz roacuteżną wysokość ogranicznika Problemy pojawiają się roacutewnież w przypadku ostrzenia ogniw prawych i lewych Ze względu na to że większość społeczeństwa jest praworęczna łatwiej i dokładniej można naostrzyć ogniwa lewe Roacuteżnice w wysokości i kątach zęboacutew prawych i lewych mogą w konsekwencji wpływać na wydajność pracy i bezpieczeństwo pracy przy ścince drzew Na rysunku 1 przedstawiony został schemat drzewa z pochyloną płaszczyzną rzazu ścinającego Roacuteżnica wysokości ogniw prawych i lewych spowodowała bdquościąganierdquo rzazu w kierunku zęboacutew wyższych Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niejednakowej wysokości ogranicznika między stronami

128

Rysunek 1 Pochylona płaszczyzna rzazu ścinającego

Wysokość ogranicznika grubości wioacutera wpływa roacutewnież na wydajność skrawania drewna Na podstawie literatury można stwierdzić że zniżając ogranicznik rośnie wydajność skrawania ale po przekroczeniu pewnej granicy wydajność ta spada

CEL I METODYKA

Celem badań było ustalenie czy operatorzy pilarek w ramach codziennej obsługi prawidłowo ostrzą i regulują swoje piły łańcuchowe tzn czy przy wykorzystaniu dostępnych narzędzi serwisowych potrafią zachować zgodne z instrukcją parametry ogniw tnących oraz jaki ma to wpływ na wydajność i ewentualne bezpieczeństwo pracy

Do pomiaroacutew zostały użyte losowo wybrane piły łańcuchowe z dwoacutech Zakładoacutew Usług Leśnych pracujących na terenie Nadleśnictwa Chojnoacutew oraz z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa Wydziału Inżynierii Produkcji Z ZUL nr 1 otrzymano do badań 8 pił z ZUL nr 2 15 pił z ZML otrzymano 5 pił Wszystkie piły zostały oznaczone kolejnymi numerami odpowiednio dla ZUL nr 1 numeracja 1divide8 dla ZUL nr 2 numeracja 9divide23 dla ZML numeracja 24divide28

Piły pobrane z ZUL charakteryzowały się znacznym stopniem zużycia tzn były w końcowej fazie eksploatacji jednak pilarze na co dzień wykonywali nimi pozyskiwanie drewna Kilka pił miało uszkodzone pojedyncze ogniwa

Piły z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa charakteryzowały się średnim stopniem zużycia tzn nadającym się do dalszej eksploatacji Piły te zostały pobrane do badań po zakończeniu kursu pilarza w ramach ktoacuterego uczestnicy uczyli się min prawidłowego ostrzenia

129

W celu dokonania pomiaroacutew zostały zrobione zdjęcia wszystkich ogniw tnących Ogniwa były fotografowane prostopadle z goacutery i z boku Na zdjęciach rejestrowany był roacutewnież wzorzec długości Zdjęcia trafiały do programu MultiScan gdzie po wyskalowaniu obrazu wykonywane były pomiary zniżenia ogranicznika posuwu względem krawędzi tnącej oraz kąta nachylenia ostrza poziomego

Każdy pomiar wykonano trzy krotnie następnie obliczano wartość średnią ktoacutera była wykorzystywana do dalszych analiz Program MultiScan umożliwia uzyskiwanie dużych dokładności jednak w ze względu na błąd człowieka przyjęto niższą dokładność - 005mm

Otrzymane wyniki zapisano w programie Excel oraz Statistica Opracowanie wynikoacutew pozwoliło na określenie średniej wartości poszczegoacutelnych parametroacutew dla badanych pił odchylenia standardowego oraz błędu Wyniki przedstawiono w formie wykresoacutew

Wszystkie piły zostały ponumerowane i przypisane do odpowiedniego zakładu z ktoacuterego pochodziły

OMOacuteWIENIE WYNIKOacuteW

Zgodnie z danymi katalogowymi zniżenie ogranicznika posuwu powinno wynosić 05-07mm Na rysunku 1 przedstawione zostało zniżenie ogranicznika dla ogniw prawych i lewych w poszczegoacutelnych piłach

wys ogranicznika P

wys ogranicznika L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

00

05

10

15

20

25

30

35

Wys

oko

ść [m

m]

Rysunek 2 Zniżenie ogranicznika posuwu dla ogniw prawych (P)

i lewych (L)

130

Zakres średnich wartości zniżenia ogranicznikoacutew w pierwszym zakładzie wynosił 146-284 mm ndash wyjątek piła nr 4 gdzie zniżenie wynosi 023 mm Piły z pierwszego ZUL miały ogniwa ktoacuterych wartość ta znacznie przekraczała maksymalną zalecaną wartość katalogową Można przypuszczać że pracownicy tego zakładu chcieli poprzez zniżenie ogranicznikoacutew poprawić wydajność skrawania (przez zwiększenie grubości wioacutera) albo nie znali zasad prawidłowego ostrzenia ogniw tnących Wadą takiego zabiegu jest to że piła jest poddawana znacznie większym obciążeniom co doprowadza do szybszego jej zużycia a jednocześnie może to wpłynąć na zmniejszenie bezpieczeństwa pracy ponieważ piła na skutek zwiększonego obciążenia może się zerwać W zakładzie nr 1 daje się zauważyć roacutewnież znaczną roacuteżnicę w wartości zniżenia ogranicznika między ogniwami prawymi i lewymi W pięciu przypadkach ogniwa lewe mają większe zniżenie w stosunku do ogniw prawych Roacuteżnice wysokości zniżenia ogranicznikoacutew pomiędzy prawni a lewymi ogniwami wskazuje na to że pilarz zniżając ograniczniki wykonywał roacuteżną liczbę pociągnięć pilnika dla prawego i lewego ogniwa lub wykonywane pociągnięcia były nie pełne W skrajnym przypadku dla piły nr 2 roacuteżnica ta dochodzi do 08 mm

W drugim zakładzie oraz ZML wartości zniżenia ogranicznikoacutew w większości przypadkoacutew były zgodne z wartościami katalogowymi lub nieznacznie odbiegały w goacuterę lub w doacuteł Świadczy to o tym że pracownicy starali się zachować prawidłowe parametry ogniw tnących Tak eksploatowane piły powinny zapewnić odpowiedni poziom wydajności i bezpieczeństwa pracy Tak jak w przypadku zakładu pierwszego roacutewnież tutaj dało się zauważyć roacuteżnice pomiędzy stroną prawą i lewą

Przeprowadzona analiza statystyczna dla wszystkich pił wykazała że w 68 roacuteżnice pomiędzy ogniwami prawymi a lewymi są istotne

Na rysunku 3 przedstawione zostały wartości kąta nachylenia ostrza poziomego ogniwa tnącego w poszczegoacutelnych piłach Zgodnie z instrukcją obsługi kąt ten w zależności od zastosowanej piły marki Oregon dla

standardowych pił zwiera się najczęściej w przedziale 25-30 w stosunku do prostopadłej płaszczyzny prowadnicy ndash w przypadku niniejszych badań ze względu na możliwości pomiarowe podawana jest wartość kąta jako

uzupełnienie do 90 Tak więc mierzony kąt nachylenia ostrza poziomego

powinien zawierać się w granicach 60-65

131

Kat zaostrzenia P

Kat zaostrzenia L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

40

45

50

55

60

65

70

75

80

t [o

]

Rysunek 3 Kąt nachylenia ostrza poziomego ogniw tnących prawych (P)

i lewych (L)

Spośroacuted badanych pił tylko 7 spełniło ten warunek dla ogniw prawych i lewych oraz 3 dla ogniw lewych i 1 dla ogniw prawych Pozostałe piły

miały w większości kąt mniejszy niż 60 co mogło wpływać na zwiększenie wydajności skrawania

W przypadku pił z zakładu nr 2 w 10 na 15 przypadkoacutew ogniwa lewe mają większy kąt zaostrzenia niż ogniwa prawe Może świadczyć o tym iż operator dokonujący ostrzenia pił nie używał dodatkowych przyrządoacutew pozwalających na zachowanie kąta Takiej zależności nie można stwierdzić dla zakładu nr 1 oraz dla ZML Może to wynikać ze zbyt małej proacuteby

Analizując wszystkie przypadki w 5 piłach roacuteżnice między katem nachylenia ostrza poziomego lewych i prawych ogniw były znaczne ndash

wynosiły ok 10 a w przypadku piły nr 15 roacuteżnica wynosiła 16

Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała że w 65 przypadkoacutew roacuteżnica pomiędzy kontem nachylenia ostrza poziomego ogniw prawych i lewych jest istotna

PODSUMOWANIE

Podsumowując należy przyznać że pilarze zajmujący się obsługą pił nie są w stanie zachować jednakowych parametroacutew ogniw prawych i lewych wykorzystując tylko ostrzenie ręczne

132

W wielu przypadkach pilarze zapewne celowo obniżają ogranicznik posuwu dla uzyskania większej wydajności skrawania drewna Zgodnie z prowadzonymi wcześniej badaniami nie zawsze przynosi to zamierzone efekty a jednocześnie negatywnie wpływa na komfort i bezpieczeństwo pracy

W przypadku kąta nachylenia ostrza poziomego występują roacuteżnice między stroną prawą i lewą Z reguły powstają one w wyniku ostrzenia bez wykorzystywania prowadnikoacutew ułatwiających utrzymanie kąta

Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi pił łańcuchowych należy używać szlifierki w celu wyroacutewnania wszystkich ogniw

Aby stwierdzić czy występują zależności w niedokładnościach ostrzenia między pilarzami i Zakładami Usług Leśnych należy przeprowadzić dalsze badania zwiększająca proacutebę poddawaną analizie

LITERATURA

1 Bieńkowski J bdquoWpływ stępienia ostrzy tnących na opory i wydajność skrawania piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr 12 1993

2 Botwin J Botwin M bdquoMaszynoznawstwo leśnerdquo PWRiL Warszawa 1979

3 Ciesielczuk P bdquoWpływ podziałki zęboacutew na tnących piły łańcuchowej na wskaźniki piłowania drewnardquo Praca doktorska SGGW Warszawa 1973

4 Gendek A bdquoWpływ parametroacutew sprzęgła na wydajność skrawania drewna pilarką spalinowąrdquo Praca doktorska SGGW Warszawa 2005

5 Goacuterski J bdquoOddziaływanie ogranicznika posuwu ogniwa tnącego na drewno w czasie skrawaniardquo Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 1 Warszawa 1996b

6 Łukomski Ł Praca doktorska bdquoBadanie mechaniki piłowania drewna piłami żłobikowymirdquo SGGW Warszawa 1977

7 Maciak A bdquoEffect of wear of saw chain cutters on the rate of wood cuttingrdquo Annals of Warsaw Agrikultural Uniwersity No 36

8 Maciak A bdquoBadanie oporoacutew i wydajności skrawania drewna bukowego łańcuchową piłą żłobikowąrdquo PTRiL nr 5 Warszawa 1994

9 Maciak A bdquoWpływ geometrii ostrza żłobikowego na jego obciążenie podczas skrawania drewna sosnowegordquo PTRiL nr 5 Warszawa 1998

10 Maciak A bdquoWpływ kąta pochylenia poziomej krawędzi tnącej ogniwa piły łańcuchowej na uzyskiwane efekty piłowaniardquo III Konferencja Naukowa bdquoOrganizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwierdquo Warszawa 2003

11 Więsik J bdquoPilarki przenośne budowa i eksploatacjardquo Warszawa 2005

133

12 Więsik J bdquoModel symulacyjny procesu skrawania drewna piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr10 1994

134

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of electrical supply by prof V Sinkova(Ukraine)

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator

ABSTRACT

The results of the development of construction three-phase permanent magnet linear generator and of its experimental research using a special stand which allowed to analyze the energy parameters of the generator

INTRODUCTION

At present one of the important subjects of research leading scientific institutions in the world is linear electric machines as is the possibility of their wide using in various settings of traditional and new systems Major new technical solutions that describe promising settings for the implementation of linear generators such as diesel generator sets [1] electrical power conversion system vibration waves into electricity [2] combined electric water suplying wind installations [3] and others Effective use of such electric power generators complex linear reciprocating motion can be provided them rational geometric dimensions that allow for sufficient energy performance at minimal volume Especially important for the development of new processing plants based on the conditions of economic feasibility and environmental safety is the use of alternative energy sources rather than internal combustion engines Thus the development and research of linear generator as a device for generating electric power plants that use renewable energy sources is important

GOAL

The purpose of this paper is the rise of energy performance of three-phase permanent magnet linear generator design data by developing and conducting the experiments

ARCHITECTURE OF THREE-PHASE

PERMANENT MAGNET LINEAR GENERATOR

In the baseline version of three-phase permanent magnet linear generator selected generator [4] is designed to convert mechanical energy of reciprocating motion combined electric water suplying wind installations into electrical energy Designs three-phasepermanent magnet linear generator

135

is in Fig1a In the complement of linear electric generator enter not ferromagnetic core 1 ferromagnetic elements 2 permanent magnets from the alloy of NdFeB 3 stator with electric coil 4 material is not ferromagnetic 5 Electric coil (phase A B C) form the stator three-phase system each placed in a closed magnetic cores 4 is divided ferromagnetic material 5 at a certain distance and the axial length of the ferromagnetic elements of the arm is equal to the width of the stator pole shoes and the distance between the poles each phase of the stator - the width of the permanent magnet each generator phase shifted with respect to another at

a distance of 3 + 3

1length of ferromagnetic elements and 3 +

2

1 length

magnets The disadvantage of this generator is increased consumption of materials Is caused by the fact that the magnetic elements have equal thickness throughout its length The aforesaid leads to undue stress in the understatement of the magnetic elements of magnetic remote from the active surface In addition the magnetic stator windings coverage on all their external surfaces leads to maximum dissipation of magnetic flux This negatively affects on the electric power rates

a b c

Fig 1 Sketch design of three-phase permanent magnet linear generator a - linear generator (basic version) b - linear generator (developed)

c - linear generator stator (developed)

OPTIMIZATION OF STATOR LINEAR GENERATOR

To increase electric power rates is possible by improving the design of the stator magnetic core and reduction of material inputs

Sketch of the proposed construction of a linear generator in Fig1b Compared with the basic version of Fig1a stator magnet linear generator differs presence of such features magnetic wire designed as a star a star has a multibeam type star-rays come from active surface coil rays directed from the active surface of the radius the total area of cross-sectional area are not less than beams magnetic core diameter of boring ratio of total

136

basal area of beams and square magnetic core diameter of boring at the same distance from an arbitrary start the rays

Description of proposed design features explained in Fig 1b Stator of magnet linear generator consists of a set of modules 6 successively established along the longitudinal axis and distant from each other nonmagnetic elements 7 Stator has an internal active surface 8 Module 6 has a winding 9 covered by magnetic wire 10 For ease of installation winding 9 magnetic wire 10 of module 6 along the longitudinal axis stator connectors should comply with two parts 11 and 12 From the technological point of view of 11 and 12 module 6 should be equal Magnetic wire 10 is designed as a multibeam stars 13 14 rays which leave the active surface 8 to the radius to it Thus the total area of cross beams on A - A on an arbitrary distance l from the beginning not less active in the area of magnetic core diameter Da boring

n times S ge Sа

where n - number of rays S - section area of the beam mm Sa - active magnetic area on the boring diameter mm

Thus due to implementation magnetic core in a multibeam star magnetic materials consumption is significantly reduced as not all of its volume filled with ferromagnetic material the presence of such zones significantly reduces the dissipation of magnetic flux which increases energy performance of a linear electric generator stator

According to the sketch of Fig 1b magnetic cores manufactured in Fig 2 and the electric coil Fig 3 which have become integral parts of the developed laboratory model of cylindrical three-phase permanent magnet linear generator Fig 4 and 5

a b c

Fig 2 Core of magnetic wire a b - are the modules core of magnetic wire c - is magnetic wire in the collected kind for one phase

137

a b

Fig 3 Electric coils a - is an electric coil b - an electric coil is set in the module of magnetic wire

Fig 4 Laboratory standard three-phase permanent magnet lineargenerator

Fig 5 Mobile magnetic system (inductor)

ARCHITECTURE OF SPECIALIZED STAND

In connection with absence of mass production of stands for realization of researches of linear generators the mobile element of which executes the recurrently-forward moving for a construction the sketch of specialized stand [5] On this stand it is possible to test linear electric machines both in the motive and in generator modes the mobile element of which executes the recurrently-forward moving Especially it touches experimental researches of linear electric machines with the small size of motion and variable frequency of recurrently-forward motion Thus during the small segment of motion and time it is necessary to execute the acceleration of

138

mobile element motion with permanent speed braking revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-east

The sketch of construction of specialized stand for experimental researches of linear generator at placing of mobile element in a midposition is represented on Fig 6

a b

Fig 6 Sketch of construction of specializedstand for experimental researches of linear generator a - is a frontal kind b - is a type of A

A stand for experimental researches has a power frame 1 on which a proof-of-concept electro-magnetic linear generator is set 2 and circulating electric machine of direct-current 3 A stand is set on a laboratory table 4 laboratories of experimental researches On the shaft of the rotor rotary electric DC machine 3 mounted disk 6 (Fig7а) Disk 6 related to the mobile element 7 linear electric machine 2 by means of lever 8 (Fig 7b) Lever 8 on one end has a connecting element 9 and on the second - hob 10 Ability to rotate of connecting element 9 provided due to bearing 11 hardly mounted on its surface and set in the holder of a 12 lever 8 Connecting element 9 of a lever 8 constrained by means of screw-thread connection with a disk 6 Hob 10 of a lever 8 connected with a roller mechanism 13 set on a mobile element 7 linear electric machine 2 Copulas of mobile

139

element 7 roller mechanism 13 of a hob 10 provided due to an axis 14 Roller mechanism 13 has the opportunity to move in sending 15 Planes of rolling 16 sending 15 placed in parallel to longitudinal wasp 17 linear electric machine 2 that is why and roller mechanism 13 moves during a longitudinal axis 17

a b

Fig 7 Disk (а) and lever (b) of crank-type-piston-rod mechanism

Disk 6 has a row of opening 18 for connection with the connecting element 9 of a lever 8 Opening 18 placed on different distance from the center of disk 6 On Fig7а distances from a center are represented as R1 R2 R3 Thus distance from the center of disk to the center of opening equal to the half of necessary at researches motion of mobile element 7

Thus due to implementation of stand in the offered kind possible test of linear electric generators of recurrently-forward motion here the size of motion of mobile element is set by distance from the center of disk to the center of opening on a disk and frequency of moving is regulated by speed of rotation of rotor of electric machine of direct-current

On Fig 8 shows a general view of the special stand built for experimental research under the thumbnail Fig 6 comprising a DC motor control system 2 crank-crank mechanism 3 frame 4 for installation of electric drive and investigated linear generator gauges 5 and the electrical load 6 Three-phase resistive load is three rheostats type RSP-2U3 (TU 16527197-79) to draw up to 1 A range of changes in load resistance 0 170 Ohm

140

Fig 8 A general view of stand for experimental researches three-phase electro-magnetic linear generator with the connected loading

and measuring devices

RESULTS

Defined dimensions and the electric parameters of three-phase permanent magnet linear generator are given in a tabular kind

Table 1Weight of basic sites and elements of linear generator

пп

Name of elements Weight

kg Quantity

Total weight

kg

1 Mobile magnetic system 416 1 416

2 Core to magnetic wire 271 6 1626

3 Coil (a puttee wire Oslash is a 09 mm of brand of ПЭТ-155 by an area to the cut of 0635 mm

2 number of winding - 1300)

2555 3 7665

4 Corps 1673 1 1673

5 Other elements 1185

Gross weight of generator 4600

Measuring of resistance of coil linear generator is conducted to the direct current with the use of method of voltmeter and ammeter Such requirements were thus observed a voltmeter joined the outputs of puttee directly an amount of disconnecting contacts in a chart was minimum the source of direct-current was a storage battery of 5NK125 the shows of devices were removed simultaneously measuring of pure resistance was conducted at an ambient temperature - 28 0С at duration of measuring of not more than 1 minute at what the temperature of coil differed from an ambient temperature no more than on 3 0С The results of measuring are added to the table 2

2 1

4

6

5

3

141

Table 2Pure resistance of coils linear generator

Measuring chain Shows of devices Certain

resistance Ohm U B I A

Phase A С1-С4 68 0583 1166

Phase B С2-С5 68 058 1171

Phase С С3-С6 68 0579 1173

Measuring of inductance of electric coils with magnetic wire from ferromagnetic material is conducted for terms analogical to the operating condition as inductance of such coils depends both on the size of current and from frequency For realization of measuring the method of measuring of inductance is used by means of ammeter voltmeter and wattmeter at a feed from tension of industrial frequency The results of measuring are added to the table 3

Table 3Inductance of electric coil linear generator

Own inductance ofcoil without ferromagnetic core

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance L0 H P W U B I A

156 570 115 118 4813 0153

Inductance of coil from core magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance LМ H P W U B I A

1142 570 0306 122 18587 0592

Inductance ofcoil is with magnetic wire and coinciding of poles of the mobile magnetic system with extremities to magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Ld H P W U B I A

0509 570 0205 1211 2778 0885

Inductance of coils with magnetic wire at being of intervals between the poles of the mobile magnetic system symmetric between extremities to

magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Lq H P W U B I A

078 570 0255 120 22302 071

As a result of the conducted experiment for mechanical frequency of vibrations of the mobile magnetic system (inductor) of fr = 5 Hz with amplitude even to the half of pole step of linear generator and by resistance of loading in every phase of Rн = 35 Ohm an oscillograph is remove the form of curves of phase tension and current (Fig 9) For phase tension on-

142

loading UАN = 20 B and UВN = UСN = 40 B accordingly the size of current arrives at 05 A and 1 A

Form of tension in the puttee of phase A close to the sinewave A characteristic feature for this case is that electric frequency of tension of

phase A equal to the doubled mechanical frequency 10f2f re Hz It is

caused by that in times of one period of mechanical vibrations of inductor

rr fT 1 size of magnetic thread coupled with the puttee of stator

consistently passes for this time twice repeats the same values that results in doubling of electric frequency of tension (in relation to mechanical frequency of vibrations of inductor)

Tension in windings of phases B and С is characterized by electric frequency equal to mechanical frequency of vibrations of inductor -

5 re ff Hz and characterized by a change in space on a size 3

2and

3

4 in relation to a phase A accordingly Equality of frequencies for this

case is conditioned by a that circumstance that the period of change of

thread is equal to the period of mechanical vibrations of inductor rr fT 1

a b

Fig 9 Form of phase tension (а) and current (b) a three-phasepermanent magnet linear generator

143

Also it costs to notice that in the case of three-phase implementation of permanent magnet linear generator except for the difference of electric frequencies the presence of harmonic constituents takes place in every phase

CONCLUSIONS

1 The increase of power indexes of cylindrical three-phase permanent

magnet linear generator is possible due to implementation to magnetic

wire as a multibeam star which considerably diminishes to decrease in

the amount of material magnetic wire so however all its volume is filled

by ferromagnetic material and the presence of such areas diminishes

dispersion of magnetic thread considerably

2 Experimental research of linear electric generator needs drive

mechanism able to give to the mobile element (to the inductor) of the

recurrently-forward moving with the small size of motion and variable

frequency of recurrently-forward motion The use of specialized stand

allows during the small segment of motion and time to execute the

acceleration of mobile element motion with permanent speed braking

revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-

east

3 Implementation of electro-magnetic linear generator in the three-phase

system is characterized by the difference of electric frequencies and

presence of harmonic constituents in every phase thus electric

frequency of tension of phase A equal to the doubled mechanical

frequency re ff 2 and tension in coils of phases B and С is

characterized by electric frequency that equal to mechanical frequency

of vibrations of inductor re ff

4 It is recommended to use generate permanent magnet linear

generators electric energy for the feed of electro-consumers not

whimsical to quality of electric energy or charging of storage batteries

with next transformation to the pressure inverter with necessary

parameters for the feed of electro-consumers

REFERENCES

1 The linear petrol generator (diesel engine-generator) [Elektronny

resource] JG Skoromets Advertizing-information magazine

laquoElectrotechnical marketraquo ndash 2008 ndash 5(23) ndash 15 pages ndash Access

144

mode to magazine httpmarketelecrunomer22linejnyj-

benzogenerator-dizel-generator

2 M Leijon O Danielsson M Eriksson K Thorburn H Bernhoff J

Isberg J Sundberg I Ivanova E Sjőstedt O Aringgren KE Karlsson

A Wolfbrandt An electrical approach to wave energy conversion

Elsevier Ltd Renewable Energy 31 (2006) 1309ndash1319

3 The analysis of balance of power of thewind power system with

combined electricity supply and water pumping[Elektronny resource]

VV Kozyrsky VV Vasilenko AV Petrenko Scientific reports of

NUBiP Ukraine ndash 2009 ndash 1(13) ndash С15 ndash Access mode to

magazine httpndnauueduua

4 Patent UA 41883 IPC (2009) H02K 3500 Permanent magnet

linear generator VV Grebenikov AV Petrenko Published

10062009 The bulletin 11

5 PatentUA 50161 IPC (2009) G01R 3134 Н02К 41025 The stand

for research of the linear electric machine VA Barabash MV

Bogaenko VV Kaplun VV Kozyrsky AV Petrenko VS Popkov

NUBiP Ukraine Published 25052010 The bulletin 10

145

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L

Kiev National Economic University named by VHetrsquoman (Ukraine)

LaRouche movement (USA) Kiev National Economic University named by V Hetrsquoman(Ukraine)

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory

SUMMARY

So the problem of creating energy budget of each territory is exists And S Podolynsrsquoky proposed a method in which we can easily create energy budget and use this energy without any harm for nature Problem of using or not using alternative sources of energy should be solved by humanity in the way of rightly using alternative sources of energy Thus we should create energy budget of territory and widely use it

INTRODUCTION

Today from our point of view due to some problems of energy such as environmental it is important analyze so-called energy budget of territory Because we do not have well-established scholars over Ukraines energy strategy including appropriate plant operation development of alternative energy sources including prospects to develop agriculture Study of Scientific Heritage S Podolynsrsquoky allows him to consider approaches to improve the concept of our country in particular energy budget of its territory

MATERIALS AND METHODS

At a time when the linear model of aggressive economic growth seen in the coordinates of human - society human - environment we received a number of natural disasters shortage of natural resources and the devaluation of financial unit as a market regulator

146

Scientific achievements S Podolynsrsquoky carried out on the edge of natural and social sciences He was the first who combinated the physical processes with economical methodologically demonstrated need of the synthesis of natural and cost parameters store solar energy in the process of economic activity So today we must apply a macroeconomic approach which would be focused on adequate outcomes of natural systems [1] which consider the components of the system human - society - ecology in reciprocal communication Only in such coordinates can find an optimal solution and for the further development of humanity - to ensure sustainable development (Fig 1)

Fig 1 ndash Model of sustainable development

Difficulty links between different components of this system does not permit today to build such a conceptual model of it that would adequately describe the interaction between its components and the environment Such model should meet the requirements of structural dynamic and information completeness In such cases carry out decomposition of the system understanding under this procedure - the selection and examination of all major subsystems that affect the ultimate goal of the system It is possible on the basis of deductive approachUsing elements of deductive approach the energy budget of any territory can be presented in the scheme (Fig 2)

Sustainabledevelopment

147

Fig 2 ndash Scheme of the ldquoEnergy budget of territoryrdquo

In terms of system analysis of this structure can be classified as

open system where matter and energy are transformated

system is not homogeneous as its structure can be distinguished as the set of subsystems

a system in which signs of the product (quantity quality etc) make it

difficult to determine its value

148

RESULTS AND DISCUSSIONS

A key element of the studied system is energy On the one hand it is one of the basic properties of matter the total measure of all forms of movement on the other - the ability to perform some work or the source of the force which will perform the work Hence the energy in general we understand the ability to develop force At the same time converting and makes energy conservation work this leads to its accumulation at the disposal of mankind The role of energy conservation law in society and the impact of people on the transformation of energy on Earth showed S Podolynsrsquoky [2] He gave an analysis and classification of types and sources of energy available to mankind at that time This - solar energy (radiation photosynthesis wind falling water) energy of Earths rotation (inflows) accumulated on the Earth Solar energy (coal oil) Movement and transformation of matter and energy in the ecosystem is shown in Fig 3

149

Fig 3 ndash Scheme of movement and transformation of matter and energy in ecosystems

Sun continues to offer us a huge amount of non converted energy and its stock is still very large But it does not run that the distribution of energy on the Earths surface would be most beneficial to human life [2 p211] Possibility of the better distribution of the energy - to some extent ndash is in the hands of the person

Quantitative characteristic in this case is ldquoenergy capacityrdquo - the property system to perceive process absorb and transport the external energy and give it away outside the system This property is closely linked to productivity as evidenced by the last unit of measure - the mass or amount of energy that is concentrated in the mass In a mass of different substances are different amounts of concentrated energy Types of energy and their characteristics are presented in Table 1

Table 1 Types of energy and their characteristics

Types of energy

Characteristics

Internal energy Energy system which depends on the internal state of the system (it includes all forms of energy system components)

Mechanical energy

The energy of mechanical motion and interaction of bodies or their parts (energy magnetic field - magnetic energy electromagnetic energy fields - electromagnetic energy energy of moving particles - the kinetic energy energy particles fixed in a gravitational field - potential energy energy of the atomic nucleus - nuclear energy)

Heating energy Level or change the thermal state (heat) system (the body) during the process

Electric energy The energy of interaction and motion of electric charges

Investigating energy S Podolynsrsquoky proceeded from the fact that the amount of energy is a universal value that is unchanged But in some parts of Earth it is distributed unevenly causing widespread tendency to counterbalance it and the gradual dissipation Regarding energy as global figure S Podolynsrsquoky showed persons ability to influence on its movement and accumulation

Natural system receive external energy from the sun which emits gamma spectra of complex rays in a wide range of wavelengths - from 01 to 3000 nm (Table 2)

150

Table 2 Characteristics of the energy Earth receives from the Sun

Spectrum Rays Wavelength nm

The fate of energy

Appointment power

Infrared (invisible) 800 ndash 1100 The existence of purple and green bacterias

Infrared gt 800 49 ndash 84

Light (visible) 380 ndash 800 16 ndash 45

380 ndash 710 Photosynthesis active part of the visible radiation to green plants

Ultraviolet lt 380 4 ndash 5

UV (long-wave) 290 ndash 380 Reach the surface of the Earth

UV(shortwave) Absorbed by the ozone layer of the atmosphere detrimental for everything

250 ndash 300 Rays have a powerful bactericidal effect in small doses are useful

Conservation and energy conversion based on the equation of energy balance Human play the role of the transformer obtained from the Sun to give energy work Structures which was built on Earth have a high price because of work because they spent lots of solar energy Podolynsrsquoky never minimalize role of socially useful work he was more interested in the accumulation of living matter on the planet - or more simply organic matter begotten by the Sun as a precondition for any work and most earthly wealth - absolute capital

Podolynsrsquoky showed that human labor is useful mainly agriculture reducing the scattering of solar energy increases its fate which piled on the Earths surface in the form of transformed energy Also S Podolynsrsquoky made definition for the concept useful work it is all mechanical and mental consumption of human and animal which increasing budget of transformed energy on the earths surface [2 p 281]

It is distinguished two aspects of energy physical and social [3 p 247]

Physical - is to reduce all forms of energy dissipation through the rational use of energy accumulated on the Earth

Social - is to save energy (wealth) between generations In relation to the whole generation it has an integral character

151

Exploring the system in general S Podolynsrsquoky in the work of man and its relation to energy distribution [2 p 281-282] summarizes the components of energy budget areas

The total amount of energy derived Earths surface gradually decreasing but also its accumulation at the disposal of mankind under the influence of increased labor rights and pets

Perfect machine is humanity with all its economy (fields droves machines etc) Productivity increases human consumption of this work on the transformation of higher energies into the higher (production of machines etc)

Use of solar energy as an engine and direct preparation of nutrients from inorganic materials is fundamental to the continuation of the most advantageous energy storage on the Earth

Actions that result in the phenomenon the opposite of work is theft (scattering embezzlement) power of humanity in particular - the war an arbitrary limit of population production of luxury goods and unproductive consumption Instead improvement of human life quantitatively increases the energy budget of each individual

Several types of energy in one area can change one kind to another it should be viewed with exergety position [6] such as

considering the field of environment and their impact on processes of energy conversion

preventing the possibility of an equilibrium system and the environment

In this case the maximum work that can be executed from a given quantity of heat is determined by Carnot

- ambient temperature К

- temperature of the source К

CONCLUSIONS

Thus we can build energy model of our civilization in the form in which it exists in a living reality It should be remembered that the main purpose of humanity should be an absolute increase in energy budget The only limit best possible accumulation of energy on Earth is only the absolute amount of energy from the sun and organic materials that are on earth [4 p 178]

152

REFERENCES

1 GRYNIVL 2009 Development of physical economy new problems

and models Scientific Annals of Kyiv NationalEconomic University

Physicaleconomy researchmethodologyandglobalmissionofUkraine

178-187

2 PODOLYNSrsquoKYS 2000 Works are chosen Кyiv ndash 328 p

3 MAXYMYUKV 2009 Dualism is in a physical economy Scientific

Annals of Kyiv NationalEconomic University Physicaleconomy

researchmethodologyandglobalmissionofUkraine 244-253

4 PODOLYNSrsquoKYS 1990 Works are chosen Montreal ndash 208 p

5 RUDENKOM 2005 Energy of progress Essays are from a physical

economy Тernopilrsquo ndash 412 p

6 DOLINSKI A BRODYANSKI V 1991 Exergyty calculations of the

technical systems Certificate manual Кyiv ndash 360 p

153

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov (Slovak Republic)

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting

INTRODUCTION

Milling is the basic machining process where the surface is created in a progressive removal of material It is operation with interrupted cut where tool performs a rotational movement and workpiece performs a sliding movement Rotational movement of the cutting edge removes material of varying thickness At each turn teeth tool enter and leave from the workpiece [6] each tooth removes a certain amount of material

We know the climb and conventional milling where is a different direction of movement of the cutting velocity vector [3] respectively there is a different direction of feed of the workpiece in the direction of rotation of the milling cutter in the cutting area More attention in this paper will be devoted to climb milling The climb milling is when the direction of feed of the workpiece in the cutting area is consistent with the direction of rotation of the milling cutter (Fig 1) Chip thickness is the greatest at the beginning of machining and toward the end it drops to zero Cutting edge enters the workpiece suddenly and it starts working great thickness of chip This leads to shock loads of cutting edge but there is not sliding effect as in conventional milling There is also developed less heat and the minimum is also proneness to hardening of the workpiece material for cold Great chip thickness is showed positively and the chips sometimes weld on or stick to the cutting edge during machining and it remains so until such work blade [2]

Fig 1 Scheme of climb milling [1]

154

Climb milling is preferred in practise if it allows machine clamping and workpiece [2] The main advantages are efficient cutting longer tool life better quality finishing of surfaces particularly with stainless steel aluminium or titanium alloys However there is a risk of damaging the tool because there is shock load of cutting edge

Chip formation in milling has special significance Correct determination of the value of chip thickness leads to the achievement of good performance of machining and durability of cutting edge tool [2] The monitoring of the chips obtained in milling can provide important information Chip in milling has helical shape and length of chip is limited to a length of the arc cut in the material The final shape of the chip can be controlled by control of cutting conditions for milling operations For example [6]

Chip width depends on the depth of cut and the longest chip is achieved at milling grooves

The length of chip depends on the cut width and tool diameter ndash larger tool diameter means longer chip

Chip thickness is proportional to the feed per tooth with a cut width

Chips obtained in the milling should be regular and they should have the same color

If cooling is used in milling there should not be observed thermal effects on chip

It is important that the chip does not remain in the cut area If there are chips irregular or needle-like or there are different colored chips it means that the cutting conditions are not appropriately chosen or cooling is not efficient or there are vibrations or the tool cutting edge is worn [6]

The mean chip thickness

While micro viewing at the milling encounter with ldquothe minimum chip thicknessrdquo ie depth of cut and feed are very small (in terms of cutting edge radius or smaller) and no chip is formed [5] so in macro viewing at the milling encounter with ldquothe mean chip thicknessrdquo Maximum chip thickness hmax should be examined together with the setting angle of the main cutting edge in order to ensure satisfactory coverage tool and to avoid overloading the cutting edge Chip thickness in milling is a variable [4] and provides very complicated For this reason in many views it is more advantageous to work with medium chip thickness hm (Fig 2) [2]

Fig 2 Chip thickness in milling [2]

155

In plane milling with side and face milling cutter is the mean chip thickness calculated using a relatively simple formula (1) [6] According to the machining method formula includes the values feed per tooth cutting depth and width of cut The determining factor is also the diameter of milling cutter it affects the contact angle φ cutting edge milling cutter with workpiece Chip thickness also affects the setting angle of the main cutting edge [2]

(1)

where fz feed per tooth [mm] ae radial depth of cut [mm]

D diameter of milling cutter [mm]

hm the mean chip thickness [mm]

Machinability according to shape of chip [3]

Current approaches for assessing of materials machinability are different and have significant benefits In a general sense machinability should be understood as a qualitative condition of the material in the way of his character falls to affect the cutting tool According to machinability is considered the appropriateness of material for the chosen mode production in theprescribedapplication ofqualitativeandeconomic requirements In practical view the distinction relative machinability is related to the base ndash a reference material In order to machinability knowledge of practical use the materials should be formally included in the classes and groups according to proportional machinability to the reference material

Machinability degree the material is the ratio of the cost of producing the same part of the reference material on the same cutting conditions using the same production equipments the same tools and under the same requirements for quality and precision of machined surfaces

Material has better machinability what it is

higher cutting speed in the tool life

less loading the tool cutting forces

achieved less value Rz or Ra and higher precision machined surfaces

more crumbled chips (smaller volume coefficient of the chips w)

lower temperature of the cutting These criterions are often in contradiction Therefore in the fixed conditions is preferred that which is important in view of machining result For example in roughing it is important kinetic and dynamic machinability in finishing it is micro geometric machinability

156

Machinability of materials according to shape of chip is used in the assessment of tough materials where chip is important for the course of technological process The shape of chip can be evaluated for example radius of curvature rt or volume coefficient of the chips w [2]

(2)

where Ktt machinability according to shape of chip

rte radius of chip curvature reference material [mm]

rt1 radius of chip curvature examined material [mm]

we volume of chips obtained during the machining of reference material [mm3]

w1 volume of chips obtained during the machining of examined material [mm3]

Concurrently used tool geometry and cutting conditions affect for both the criterion

CONDITIONS FOR OBSERVATION OF CHIP FORMATION

Milling was realized on a vertical milling machine Avia (FOP) with short slot milling cutter Monolith cutter was used to smooth cylindrical shank with diameter 6 mm with two teeth made of HSS Co8 without coating (Fig 3) The cutting material is a high performance steel with good toughness and excellent thermal resistance Particularly suitable for machining high strength materials austenitic steels steels for hot forming etc

Fig 3 Milling cutter

Helix angle λ was 25deg and rake angle γ was 12deg the magnitude of the helix angle from 25deg to 35degis a basic choice for roughing and finishing of all materials The advantage is versatility with a good balance of cutting forces and the disadvantage is that this is not always productive [5]

At one milling cutter was applied coating AlTiN (monolayer) with thickness 1-3 μm with anthracite colouring Thermal resistance of this coating is 800 degC the friction coefficient against steel in dry conditions is 07 and the key properties of this coating are its high hardness and excellent oxidation resistance

Chip formation was observed on three different materials For carbon steel EN C45 with a carbon content C = 042 to 050 often used as reference

157

material Other materials were manganese-chrome steel EN 16MnCr5 with a carbon content C = 014 ndash 019 and chromium ndash nickel steel EN X5CrNi18-10 with a carbon content C = 0029 Depth of cut ap was 1 mm and feed per tooth was 0022 mm as shown in the scheme of machining (Fig 4)

Fig 4 Diagram of machining

RESULTS

From the milling of materials different speeds were selected representative sample of chips from each group (Tab 1) It is possible to suppose that the length of chip is the same because length of chip depends on the width of cut and tool diameter in milling and the present experiment different materials were machined with the same tool geometry and made from the same material Therefore attention will be given chip thickness and its radius of curvature ie shape of chip

158

Tab 1 Frames of chips at 50 times magnification

Material n1 = 224 otmin-1

vc1 = 4 mmin-1

n2 = 450 otmin-1

vc2 = 8 mmin-1

n3 = 900 otmin-1

vc3 = 16 mmin-1

EN C45

EN 16MnCr5

EN X5CrNi18

-10

As already mentioned above milling is a typical method of machining where there is a change in cross ndash chip during machining ie the chip thickness is not constant throughout a whole mesh The maximum chip thickness is equal to the feed per tooth hmax = fz = 0022 mm It is preferable to work the mean chip thickness hm equal to 00087 mm according to the formula (1) see Fig 4

On the basis of formula (2) ie by comparing the radius of chip curvature at different materials under the same conditions of machining it is possible to assess the machinability The spiral chip can be evaluated radius of chip curvature according to formula (3)

159

(3)

Before substituting into the formula it is important to choose a reference material which would show optimum machinability according to the radius of chip curvature It would then be possible to sort materials into groups machinability by virtue of the reference material In this case there will be compared machinability of three materials using formula (2) where as reference material was selected carbon steel EN C45

By comparing each radius of chip curvature at cutting speed of 4 mmin-1 that is almost equal Substituting into formula (2)

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

As is evident from the calculations machinability according to shape of chip at cutting speed 4 mmin-1 is almost the same and equal to one This means that machinability of both materials is good at the speed 4 mmin-1 if chosen reference material real corresponds with optimal machinability according to shape of chip If machinability according to shape of chip Ktt is closer to the one then machinability is better at the conditions of machining In examining materials machinability according to shape of chip at cutting speed of 8 mmin-1 there are observed differences in the radius of chip curvature

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

From these calculations i tis possible to conclude that material EN 16MnCr5 has better machinability than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed 8 mmin-1 because 0839 is closer to one whole Machinability according to shape of chip was solved by analogy at cutting speed of 16 mmin-1 but the first there was designated the mean radius of chip because of spiral character creating chips For material EN 16MnCr5 is Ktt = 116 and for material EN X5CrNi18-10 is Ktt = 066 So material EN 16MnCr5 has better machinability according to shape of chip than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed of 16 mmin-1 as well

This argument can also be compared on the basis of material content of chemical elements which also affect the machinability of the material Chemical elements in these materials which the most affect machinability is shown in Table 2 (Tab 2)

160

Tab 2 Chemical elements affecting the machinability of materials

Material C Mn P Cr

EN C45 042 ndash 050 050 ndash 080 004 max 025

EN 16MnCr5 014 ndash 019 110 ndash 140 0035 080 ndash 110

EN X5CrNi18-10

0029 187 003 1826

Hardness of the steel increases with carbon content similar machinability decreases if carbon content increases The impact of individual elements in steel on its relative machinability [3]

C ndash Increasing the carbon content leads to deterioration by the dynamic and kinetic machinability (increases strength and hardness of steel) In finishing where it depends on the quality of machined surfaces higher carbon content improves micro geometry machinability

Mn ndash The effect manganese is bound to carbon content With the increase of manganese content is aggravated by the kinetic and dynamic machinability However with the increase manganese content micro geometry machinability improves

P ndash Phosphorus reduces the plasticity of steel already at content an 01 significantly improves the machinability and supports breaking chips

Cr ndash With more content increases the strength and toughness of steel it deals to deterioration by the dynamic and kinetic machinability but it improves micro geometry machinability

CONCLUSION

Milling is one of the basic methods of machining where material is removed interrupted cut A characteristic feature of this operation is that the removed material does not have a constant section ie the observed chip thickness is variable value That is why the mean chip thickness hm was determined From groups of chips which were obtained in milling at given cutting speed were chosen representative samples There was noted the radius of chip curvature under 50 times magnification However it has to be taken into account the inaccuracy of this method because the chip thickness is not constant and there is some distortion The selection the reference material was assumed that material EN C45 has optimal machinability and was chosen as the reference material All three materials have good machinability according to shape of chip at cutting speed of 4 mmin-1 When increasing the cutting speed there was observed the first changes and material EN 16MnCr5 has better machinability than material

161

EN X5CrNi18-10 Machinability according to shape of chip was also confirmed by machinability according to content of chemical elements in the material According to the carbon content could be said that the material EN 16MnCr5 has the best machinability but the chromium content makes the material tougher and so makes its kinetic and dynamic machinability worse Since corrosion resistant steel EN X5CrNi18-10 has the largest chromium content ie is tough and therefore has worse kinetic and dynamic machinability than previous materials If the goal was to get a good surface quality would be material EN X5CrNi18-10 in the first place thanks to the highest manganese content Machining was recorded using high speed camera Phantom For the records it was observed twisting of chip and their removal from the cutting zone Chips were twisted into certain radius but in machining stainless steel higher cutting speeds were the highest recorded value of the radius of chip curvature Observation of chip formation is more extended in turning than in milling However it is important to follow the features of various technological operations because each is different and brings a deeper understanding of relations of technological processes

REFERENCES

1 DeGarmo E P et al Materials and Processes in Manufacturing John Wiley amp Sons Inc New York 2003 ISBN 0-471-65653-4 s 1154

2 Sandvik Coromant Přiacuteručka obraacuteběniacute Scienta Praha 1977 ISBN 91-97-22-99-4-6 s 457

3 Vasilko K Teoacuteria a prax trieskoveacuteho obraacutebania Cofin Prešov 2009 ISBN 978-80-553-0152-5 s 530

4 KUŠNEROVAacute Milena et al Derivation and measurement of the velocity parameters of hydrodynamics oscillating system In Strojarstvo Journal for theory and application in mechanical engineering vol 50 no 6 (2008)p 375-379 ISSN 0562-1887

5 Ducobu F Filippi E Rivieacutere-Lorpheacutevre E Chip Formation and Minimum Chip Thickness in Micro-milling [cit 23122010] Dostupneacute na internete

lthttpwwwgeniemecafpmsacbeRechercheArticlesducob2009apdfgt

6 HSS Smart Guide 05 Milling [cit 1432010] Dostupneacute na internete lthttpwwwhssforumcomSmartGuideENhtmgt

The paper was created with the support of the Ministry of Education Science Research and Sport of the Slovak Republic through grant VEGA 1088510 and in cooperation with the Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering

162

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim

SUMMARY

Polish membership into the European Union has given great opportunities to use various forms of support and created new conditions for agricultural development Although the introduction of an attractive payment system under the agri-environmental program was implemented organic farms are still at margin We have seen almost double the number of organic farms (from 9187 to 17138 farms) between 2006 and 2009 but still they constitute a small proportion of the total number of farms overall

The aim of this study was to analyze the development of organic farms in the years 2006 - 2009 in Masovia using as an example of an organic farm in Jankowice and available literature Conducted a case study of an organic farm located in the province and then used the results as the basis for the SWOT analysis It was found that the development of organic farms are restricted by a lack of organization of the market for organic products in particular the lack of proper distribution systems advertising and promotion Organic farms seem to function mostly due to the subsidies received from the government than from the sales of organic products themselves

WSTĘP

Postępujące skażenie środowiska i żywności stanowi realne zagrożenie we wspoacutełczesnym świecie Za to skażenie odpowiedzialny jest nie tylko przemysł ale roacutewnież rolnictwo gdzie korzysta się z nawozoacutew sztucznych i toksycznych środkoacutew ochrony roślin W celu poprawy tej sytuacji dąży się do redukcji szkodliwych środkoacutew chemicznych i przejścia na organiczne metody uprawy

W wysoko rozwiniętych krajach rolnictwo tradycyjne przez masowe stosowanie przemysłowych środkoacutew produkcji (środki ochrony roślin nawozy mineralne itp) oraz postęp biologiczny (wydajne rasy zwierząt i wysoko plonujące odmiany roślin) osiągnęło wielki postęp produkcyjny co doprowadziło do szeregu ujemnych konsekwencji

następstwem nadprodukcji artykułoacutew żywnościowych jest spadek ich cen (poza ostatnim okresem wynikającym z następstw pogodowych i spekulacyjnych) i opłacalności produkcji

163

spadek zaufania konsumentoacutew do jakości żywności produkowanej intensywnymi metodami wynika z zagrożeń związanych ze skażeniem produktoacutew dioksynami czy BSE (zwaną potocznie bdquochorobą szalonych kroacutewrdquo)

postępująca degradacja środowiska wynikająca z nasilenia się niekorzystnego wpływu rolnictwa na środowisko naturalne (takiego jak spadek żyzności gleby zanieczyszczenie woacuted powierzchniowych i gruntowych)

W Polsce aby nie dopuścić tego rodzaju zjawisk społecznych i przyrodniczych zaistniała pilna potrzeba zmiany polityki rozwoju rolnictwa i obszaroacutew wiejskich Członkostwo Polski w Unii Europejskiej dało duże możliwości korzystania z roacuteżnych form wsparcia oraz stworzyło nowe warunki dla rozwoju rolnictwa Komisja Europejska zaproponowała strategiczne podejście ktoacutere znalazło swoje odbicie w Programie Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich (PROW) PROW jest dokumentem ktoacutery określa zakres i rodzaj wsparcia obszaroacutew wiejskich w Polsce Z uwagi na dobry stan środowiska przyrodniczego oraz znaczną roacuteżnorodność biologiczną Polski wprowadzono stosowne instrumenty wsparcia i motywacji dla producentoacutew rolnych ktoacutere sprzyjają utrzymaniu i poprawie stanu środowiska przyrodniczego W ramach Planu Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich producent rolny ktoacutery prowadzi gospodarstwo metodami ekologicznymi może otrzymać dotację do hektara upraw ekologicznych na podstawie wniosku o przyznanie płatności z tytułu wspierania przedsięwzięć rolno środowiskowych i poprawy dobrostanu zwierząt (w ramach pakietu Rolnictwoekologiczne) Rolnik ktoacutery posiada certyfikat bądź rolnik ktoacutery dopiero rozpoczął produkcję ekologiczną może ubiegać się o dofinansowanie

Jednakże Polska wciąż nie jest w czołoacutewce krajoacutew członkowskich UniiEuropejskiej a produkty rolnictwa ekologicznego wciąż stanowią margines ogoacutelnej produkcji rolnej Według stanu na dzień 31 grudnia 2009 roku w Polsce gospodarstwa o profilu ekologicznym prowadziło 17 091 rolnikoacutew co stanowiło zaledwie około 1 ogoacutelnej liczby gospodarstw rolnych

MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ

Badaniem objęto gospodarstwo ekologiczne w Jankowicach w powiecie radomskim w wojewoacutedztwie mazowieckim W przeprowadzonym badaniu posłużono się metodą studium przypadku (case study) przy użyciu kwestionariusza wywiadu ktoacutery stanowił podstawowe źroacutedło informacji do opisu i analizy gospodarstwa Jest to metoda oparta na szczegoacutełowym opisaniu określonego przypadku ktoacuterego analiza kończy diagnozę wnioskiem Studium przypadku pozwala spojrzeć na problemy w obszerniejszym kontekście i tworzyć alternatywne rozwiązania jednak nie może stanowić podstawy do uogoacutelnień

164

W celu uzupełnienia tej metody badawczej zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron organizacji oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu Nazwa SWOT jest akronimem angielskich słoacutew Strengths (mocne strony przedsiębiorstwa) Weaknesses (słabe strony przedsiębiorstwa) Opportunities (szanse w otoczeniu) Threats (zagrożenia w otoczeniu) Celem analizy jest pokazanie istniejących w przedsiębiorstwie możliwości produkcyjnych i szczegoacutełowe określenie perspektyw organizacyjnych Program działania ustala się na podstawie jego silnych stron (atutoacutew) natomiast eliminację pomyłek w przyszłości wyznacza się z analizy słabości

Analizę opracowano na podstawie dostępnej literatury bdquoMetoda analizy SWOT jako narzędzie analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesurdquo autorstwa R Baum i W Wielicki

Analizę mocnych i słabych stron gospodarstwa przeprowadzono oceniając czynniki elementarne w pięciu obszarach krytycznych takich jak pozycja rynkowa organizacja i zarządzanie zasoby finanse sytuacja prawna W obszarze bdquopozycja rynkowardquo rozpatrywano dwa subobszary pozycję konkurencyjną na rynku wojewoacutedztwa oraz stopień rozwoju w produkcji Oceniając pierwszy subobszar brano pod uwagę możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji oraz dystrybucję Na ocenę stopnia rozwoju w produkcji złożyły się stopa rozwoju w ostatnich latach potencjał oraz liczba konkurentoacutew

W obszarze bdquostan organizacji i zarządzaniardquo poddano ocenie trzy czynniki elementarne tj struktura organizacyjna rozlokowanie przestrzenne majątku i napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń) Obszar bdquozasobyrdquo był najbardziej złożony z ocenianych Składał się z pięciu subobszaroacutew zasoby ludzkie zasoby technologiczne zasoby rzeczowe zasoby finansowe i zasoby niematerialne Kwantyfikacji zasoboacutew ludzkich dokonano wartościując kwalifikacje kadry kierowniczej Do oceny zasoboacutew technologicznych brano pod uwagę wdrażanie nowych technik i technologii produkcji szanse unowocześnienia i zmian w technologiach oraz stosowanie płodozmianu

W zasobach materialnych przeprowadzono analizę czterech subobszaroacutew tj budynkoacutew i maszyn zapasoacutew ziemi i inwentarza żywego Zasoby finansowe gospodarstwa analizowano w kontekście dostępu do źroacutedeł finansowania i proporcji środkoacutew własnych w tym finansowaniu w stosunku do środkoacutew z zewnątrz Kryteriami branymi pod uwagę w subobszarze zasoby niematerialne były reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie marka znak firmowy oraz nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe Analizując sytuację finansową oceniano rentowność i zadłużenie Ostatnim obszarem branym pod uwagę w analizowaniu mocnych i słabych stron przedsiębiorstw rolnych była ich sytuacja prawna czyli stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

165

roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych oraz wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

W analizie czynnikoacutew otoczenia mających wpływ na efektywność gospodarowania rozpatrywano obszary dotyczące sytuacji makroekonomicznej rynkowej konkurencyjnej zaopatrzeniowej technologicznej geograficznej i społecznej Na stan sytuacji makroekonomicznej składają się następujące czynniki stan gospodarki i prognozy jej rozwoju poziom inflacji i oprocentowanie bankowe kredytoacutew W ocenie sytuacji rynkowej brano pod uwagę sieć sprzedaży Kategorie czynnikoacutew związanych z konkurencją rozpatrzono z dwoacutech punktoacutew widzenia liczbę konkurentoacutew oraz stopień ekspansji konkurencji na rynku Analizując stan zaopatrzenia oceniano warunki zaopatrywania się w środki produkcji oraz ceny usług i źroacutedeł energii W ocenie obszaru bdquopostęp technologicznyrdquo wyszczegoacutelniono dwa czynniki stosowane metody produkcji i stosowany sprzęt techniczny W grupie czynnikoacutew składających się na sytuację geograficzną otoczenia brano pod uwagę zmiany klimatyczne oraz umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew

W obszarze sytuacja społeczna oceniano głoacutewnie preferencje konsumenckie

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Wyniki wywiadu ktoacutere uzyskano na podstawie kwestionariusza w metodzie studium przypadku przedstawiono wraz z wynikami potrzebnymi do opisu i analizy gospodarstwa w tabeli 1

Tabela 1 Studium przypadku ndash działalność gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

POZYCJA RYNKOWA

Pozycja konkurencyjna na rynku wojewoacutedztwa

Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji Niewielkie

Dystrybucja (powiązania na rynku stali kontrahenci sprawność kanałoacutew dystrybucji)

brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru sprzedaż głoacutewnie na targowiskach

Stopień rozwoju w produkcji

Stopa rozwoju w ostatnich latach (wzrost areału pogłowia itp)

w ciągu ostatnich 5 lat powiększenie areału o 8 ha zwiększenie pogłowia drobiu do około 1000 sztuk

Potencjał (możliwości zwiększenia produkcji)

Niewielki

Liczba konkurentoacutew w najbliższej okolicy liczbę konkurentoacutew szacuje się na 4 gospodarstwa ekologiczne

166

STAN ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

Struktura organizacyjna gospodarstwo prowadzone jest przez małżeństwo niezatrudniające innych pracownikoacutew

Rozlokowanie przestrzenne majątku Dobre

Napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń)

częste występowanie spiętrzeń w cyklu technologicznym

ZASOBY

Zasoby ludzkie

Kwalifikacje pracownikoacutew gospodarze posiadają wykształcenie zawodowe rolnicze oraz ponad 10ndashletnią praktykę zawodową

Zasoby technologiczne

Wdrażanie nowych technik i technologii produkcji

nabycie ciągnika pługa wahadłowego i wozu asenizacyjnego

Szanse unowocześnienia i zmian w technologiach

Niewielkie

Stosowanie płodozmianu w gospodarstwie praktykuje się duży stopień płodozmianu

Zasoby materialne

Budynki i maszyny

stan techniczny budynkoacutew i maszyn uznać należy jako dobry natomiast stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb jako wysoki

Zapasy wielkość zapasoacutew jest utrzymywana na średnim poziomie warunki składowania są dobre

Ziemia gospodarstwo znajduje się na terenie nizinnym ukształtowanie rozłogu jest korzystne jakość gleb średnia

Inwentarz żywy

stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych jest bardzo dobry wydajność produkcyjna zwierząt oraz ich kondycja została oceniona jako dobra

Zasoby finansowe

Dostęp do źroacutedeł finansowania gospodarstwo korzysta z dopłat z UE w ramach programu rolno środowiskowego

Proporcje finansowania gospodarstwa majątek finansowany jest w przeważającej części przez obce źroacutedła finansowania

Zasoby niematerialne

Reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie

Średnia

Marka znak firmowy nie posiada

Nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe i podobne wartości

posiada certyfikat uprawniający do sprzedaży żywności ekologicznej

167

SYTUACJA FINANSOWA

Rentowność uzyskuje średni wynik rentowności

Zadłużenie

występuje zadłużenie spowodowane wysokim kredytem preferencyjnym spłaty zobowiązań kredytowych pokrywane są na bieżąco

SYTUACJA PRAWNA

Stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

własność prywatna obciążona hipoteką

Roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych nie występują

Wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

nie występuje

SYTUACJA MAKROEKONOMICZNA

Stan gospodarki i prognozy jej rozwoju umiarkowanie korzystne

Poziom inflacji w Polsce inflacja w grudniu 2010 r wyniosła 31

Oprocentowanie bankowe kredytoacutew rolnicy mogą zaciągać kredyty na zakup ziemi oprocentowane na 2 w skali roku

SYTUACJA RYNKOWA

Sieć sprzedaży nie ma jeszcze wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej rynek zbytu formuje się bardzo powoli

SYTUACJA KONKURENCYJNA

Liczba konkurentoacutew w 2009 r w Polsce gospodarstwa ekologiczne prowadziło 17091 rolnikoacutew w wojewoacutedztwie mazowieckim 1673

Stopień ekspansji konkurencji na rynku

w 2009 r gospodarstw ekologicznych było o 15 więcej niż rok wcześniej w 2008 r było ich o 255 więcej niż w 2007 r w 2007 r w odniesieniu do 2006 liczba ta wzrosła o 29

STAN ZAOPATRZENIA

Warunki zaopatrywania się w środki produkcji

Korzystne

Ceny usług i źroacutedeł energii niekorzystne relacje cen pomiędzy środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

168

POSTĘP TECHNOLOGICZNY

Stosowane metody produkcji umiarkowanie korzystne

Stosowany sprzęt techniczny

umiarkowanie korzystne (sukcesywnie do poprawy sytuacji finansowej nabywany jest jakościowo lepszy sprzęt techniczny)

SYTUACJA GEOGRAFICZNA

Zmiany klimatyczne występujące coraz częściej susze ulewy nadmierne opady śniegu

Umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew Korzystne

SYTUACJA SPOŁECZNA

Preferencje konsumenckie rosnący popyt na żywność ekologiczną

W celu uzupełnienia metody studium przypadku zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron gospodarstwa oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu (tab 2)

Tabela 2 Analiza SWOT gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

MOCNE STRONY SŁABE STRONY

CZ

YN

NIK

I W

EW

TR

ZN

E

- wzrost areału w ostatnich latach - korzystne rozlokowanie przestrzenne majątku - ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy - wdrażanie nowych technik i technologii produkcji - stosowanie płodozmianu - dobry stan budynkoacutew gospodarczych - wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb - niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego - dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania - korzystne ukształtowanie rozłogu - bardzo dobry stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych - dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie - dostęp do źroacutedeł finansowania

- brak możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji - brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru - niewielkie możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług - stale zwiększająca się liczba konkurentoacutew - częste występowanie napięć (czy spiętrzeń) w cyklu technologicznym - bardzo duże obciążenia kredytowe - brak własnej marki i znaku firmowego - niewielka renoma na rynku

169

SZANSE ZAGROŻENIA

CZ

YN

NIK

I Z

EW

TR

ZN

E

- stan gospodarki i prognozy jej rozwoju - wsparcie rozwoju gospodarstw ekologicznych przez instrumenty finansowe - niskie oprocentowanie bankowe kredytoacutew - postawy konsumentoacutew zdrowej żywności - warunki zaopatrywania się w środki produkcji - rosnący popyt na żywność ekologiczną-pojawienie się nowych grup klientoacutew - wymiana doświadczeń

- wzrastająca inflacja - słabo zorganizowany rynek dystrybucji produktoacutew ekologicznych - stopień ekspansji konkurencji na rynku - wzrost cen środkoacutew produkcji usług i źroacutedeł energii - postępujące zużycie sprzętu technicznego - niekorzystne zmiany klimatyczne - dominacja na rynku produktoacutew spożywczych taniej żywności o niskiej jakości

Rolnictwo ekologiczne to najbardziej przyjazny przyrodzie sposoacuteb produkcji rolniczej ktoacutery wpływa na zwiększenie żyzności gleby i zachowanie roacuteżnorodności biologicznej i krajobrazowej Nie przeciąża środowiska bardziej niż naturalne ekosystemy oraz wpływa na rozwoacutej wsi w aspekcie kategorii społecznych jak i kulturowych Wyeliminowanie chemii rolnej oraz spożywczej wiąże się z osiągnięciem wysokich wartości biologicznych i zdrowotnych produktoacutew Rolnictwo ekologiczne jest najbardziej wydajnym gospodarowaniem uwzględniając nie tylko koszty produkcji w gospodarstwie ale roacutewnież koszty przyrodnicze i społeczne Inspiruje także do wdrażania efektywniejszej organizacji pracy oraz motywuje i aktywizuje mieszkańcoacutew wsi Rolnictwo ekologiczne to najbardziej optymalna forma gospodarowania Wymaga jednak zaangażowania i wiąże się z ciągłym pogłębianiem wiedzy Celem rolnictwa ekologicznego jest zachowanie roacutewnowagi między zasobami ekologii a wymogami ekonomii

Niejeden producent rolny ktoacutery prowadzi nieintensywną produkcję rolną może rozważyć przejście na ekologiczne metody gospodarowania Korzystne warunki przyrodnicze i społeczne oraz wsparcie finansowe w ramach programoacutew rolnośrodowiskowych są czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rolnictwa ekologicznego w Polsce Unia Europejska oferuje dopłaty dla rolnikoacutew ktoacuterzy zdecydowali się gospodarować ekologicznie w wysokości od 260 zł na hektar rocznie (trwałe użytki zielone) do 1800 zł (uprawy sadownicze i jagodowe) Niskie oprocentowanie kredytoacutew preferencyjnych daje możliwość nabycia maszyn dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować zatrudnienie

Inflacja należy do najbardziej groźnych czynnikoacutew elementarnych o charakterze politycznym i ogoacutelnoekonomicznym mających nadal

170

niekorzystny wpływ na efektywność gospodarowania dlatego stanowi zagrożenie dla funkcjonowania gospodarstwa

Niekorzystnie przedstawia się brak systemu właściwej dystrybucji Nie ma obecnie zbyt wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Rynek zbytu formuje się bardzo powoli dlatego przedsiębiorcy ostrożnie przymierzają się do prowadzenia firm w tej branży

Istotnym zagrożeniem dla funkcjonowania gospodarstwa ekologicznego są zmiany klimatyczne to jest susze ulewy czy nadmierne opady śniegu ktoacutere mają bezpośredni wpływ na produkcję roślinną

Analizowane gospodarstwo ekologiczne znajduje się w miejscowości Jankowice w wojewoacutedztwie mazowieckim Gospodarstwo cechuje ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy wdrażanie nowych technik i technologii produkcji stosowanie płodozmianu dobry stan budynkoacutew gospodarczych wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania korzystne ukształtowanie rozłogu oraz dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie Stopa rozwoju jest stabilna o czym może świadczyć wzrost areału i pogłowia w ostatnich latach

Słabą stroną gospodarstwa jest brak firm w okolicy zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji jak roacutewnież możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług są niewielkie Słabą stroną gospodarstwa są roacutewnież bardzo duże obciążenia inwestycyjne oraz brak własnej marki i znaku firmowego

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce zależy od wielu czynnikoacutew Niewielki poziom zużycia pestycydoacutew i nawozoacutew mineralnych w poroacutewnaniu ze stanem w krajach wysoko rozwiniętych Unii Europejskiej wiąże się z ekstensywnym charakterem produkcji rolniczej Po przestawieniu gospodarstwa na metody ekologiczne plony nie maleją w tak wysokim stopniu jak w przypadku gospodarstwa produkującego intensywnie Często zdarza się roacutewnież iż rolnicy po przejściu z ekstensywnych metod produkcji na ekologiczne uzyskują lepsze plony W krajach zachodnich można zaobserwować większe zainteresowanie produktami ekologicznymi co w konsekwencji stwarza możliwość eksportu takich produktoacutew Na dalszy rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce ma wpływ właściwe i powszechne zaangażowanie w szczegoacutelności władz i samorządoacutew rolniczych oraz lokalnych ośrodkoacutew doradztwa rolniczego ktoacutere miałyby odzwierciedlenie w szkoleniu rolnikoacutew podejmujących się przejścia na taki rodzaj gospodarowania oraz większe zaangażowanie placoacutewek naukowo ndash badawczych jak i wyższych uczelni rolniczych w badaniach na rzecz rolnictwa ekologicznego Jednak największą szansą dla rozwoju gospodarstw ekologicznych w Polsce jest rosnące zainteresowanie konsumentoacutew żywnością wysokiej jakości wynikające z

171

troski o zdrowie i obawami związanymi z chorobami spowodowanymi skażoną żywnością

WNIOSKI

1 Odchwaszczanie metodą mechaniczną jest uciążliwe a uprawa roślin

bez nawozoacutew sztucznych i chemicznych środkoacutew ochrony roślin jest

droższa

2 Mimo atrakcyjnego systemu dopłat uprawy ekologiczne nadal są

nieopłacalne między innymi z powodu braku właściwego systemu

dystrybucji Rynek zbytu tworzy się bardzo wolno dlatego

przedsiębiorcy ostrożnie decydują się na prowadzenie firm w tej

branży

3 Rozwoacutej rolnictwa ekologicznego jest ograniczony brakiem organizacji

rynku produktoacutew ekologicznych oraz brakiem ich reklamy i promocji

Nie ma roacutewnież ogoacutelnodostępnych informacji o rolnikach

ekologicznych co wynika z ochrony danych osobowych co bardzo

utrudnia dostęp handlowcom i konsumentom do produktoacutew

ekologicznych

4 Ograniczenie stanowi skala produkcji Gospodarstwa ekologiczne są

niewielkie i w konsekwencji nie są w stanie dostarczać tak dużych

partii produktoacutew jakich oczekują odbiorcy

5 Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych zależy od zainteresowania

konsumentoacutew zdrową żywnością oraz gotowością producentoacutew do

spełnienia ich oczekiwań Żywność bez konserwantoacutew i agrochemii

a w szczegoacutelności niemodyfikowana genetycznie to produkt bardzo

pożądany zwłaszcza przez zamożniejszych konsumentoacutew jednak

wciąż dominuje na rynku tania żywność o niskiej jakości

6 Rosnące zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości to realna

szansa na zwiększenie dochodoacutew gospodarstwa a pracochłonne

i długotrwałe metody produkcji powodują tworzenie nowych miejsc

pracy

7 Prowadzenie gospodarstwa ekologicznego daje możliwość eksportu

produktoacutew ekologicznych na rynek Unii Europejskiej

8 Wciąż rosnąca liczba gospodarstw ekologicznych wpływa na

powstawanie firm ktoacutere zajmują się obrotem produktoacutew ekologicznych

oraz punktoacutew ich sprzedaży

172

9 Niskoprocentowe kredyty preferencyjne umożliwiły nabywanie maszyn

dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze

wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć

dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować

zatrudnienie

10 Powstawanie nowych firm oferujących roacuteżnego rodzaju środki

produkcji wpływa na znaczne ułatwienia w ich nabywaniu Jednakże

wzrost konkurencji pomiędzy firmami z otoczenia rolnictwa nie

odzwierciedla się w proponowanych cenach na środki produkcji

i usługi Stale powiększa się niekorzystna relacja cen pomiędzy

środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

11 Przedsiębiorstwa aby przetrwać i utrzymać się na rynku muszą

przewidywać i trafnie oceniać swoją sytuację tj zdolność do

efektywnego działania i zdolność do rozwoju w zmieniającym się

otoczeniu Warunkiem odniesienia sukcesu przez gospodarujących

jest podejmowanie decyzji pozwalających dostosować działalność do

sytuacji rynkowej W tym celu niezbędne staje się określenie atutoacutew

i słabości gospodarstw oraz identyfikacja okazji i pułapek ktoacutere tkwią

w otoczeniu

LITERATURA

1 Baum R Wielicki W 2004 Metoda analizy SWOT jako narzędzie

analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesu Wyd Akademii

Rolniczej im Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Poznań

2 httpminrolgovpl

Development of organic farms in 2006 ndash 2009 in Masovia

173

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin

Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey) Federal Research Centre for Cultivated Plants Julius Kuehn Institute Application Techniques Division Messeweg (Germany) Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey)

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel

ABSTRACT

In spite of harmfull effects of pesticides on environment and its inhabitants pesticides should be used To minimize the negative effects of the pesticides the spraying should be done not only on the right time and with enough amount of right pesticide but also with the appropriate equipmentIn Aegean Region (Turkey) there are about 500000 ha vineyards Vineyard farmers generally apply pesticides in high application rate with high frequency (sometimes 20-25 times a year) But there are no drift preventing systems on the generally air-assisted sprayers which are used there The constructive enhancement on the currently used machines will be expensive and time consuming But it is known that the cheapest and easiest thing that can be applied on the machine to reduce spray drift is to choose a suitable nozzleIn this study trials were made in the wind tunnel located in the Institute for Application Techniques in Crop Protection Julius Kuumlhn Institute (Formerly BBA) Braunschweig Germany In the trials Teejet Air Induction (AI) Air Induction XR (AIXR) Extended Range Flat Fan (XR) and domestic manufactured Hollow Cone Nozzles were used And for reference nozzle Lurmark conventional 110o flat fan nozzle was used This study is made for determining the nozzle which will cause the least spray drift under controlled conditions

Keywords Air-Asissted Sprayer Air Induction (AI) Nozzle Air Induction XR Nozzle Extended Range Flat Fan (XR) Nozzle Hollow Cone Nozzle

INTRODUCTION

Viticulture is one of the most important branches of Turkish agriculture It has a great importance in Turkeyrsquos agricultural structure and it makes great contributions to Turkish economy Turkey has some advantages in the production of grape Not only the climate but also the soil is convenient for the production of grape In Turkey there are approximately 500000 enterprises occupied with viticulture However these are small scale enterprises 87 of which are below 10 haThe vast majority of Turkeyrsquos vineyards are owned by small independent farmers In Turkey the highest

174

total area of vineyard is in the Aegean Region This area is 33 of the total vineyards of Turkey Aegean Region ranks the 1st Mediterranean Region the 2nd Central-South Region the 3rd in terms of fresh grape productionWhile 75 of the fresh grapes of the approximate 4 million tons of production was consumed inland 25 of them was exported as dried grape table grape and a very small quotient as wine In 2008 total income from grape export has reached to 520 million dollars of which 1694 million dollars belong to table grape and 3495 million dollars belong to dried grape (Ccedilelik H 2010)

SPRAY DRIFT

During the pesticide application according to the application type some amount of the pesticide goes away from the target When the pesticide droplets or particles move through the air at the time of pesticide application or soon thereafter from the target site to any non- or off-target site this is called spray drift High concentrations of pesticide drift in the air can cause acute poisonings resulting in serious illness and in rare cases death Pesticide drift can also harm the local environment by contaminating waterways air and soil killing fish birds and other wildlife Not all pesticide drift happens during or right after a pesticide application Some pesticides continue to evaporate from fields for several days to several weeks after an application is completed People who live near farms or in the city can all be affected by pesticide drift

Drift is undesirable for economic environmental and safety reasons It should be reduced to minimum levels because it results in inefficient use of application equipment and applicator time it may result in under-application of chemicals and ineffective pest control which leads to additional applications reduced yield and higher production costs it may result in over-application if the applicator knowingly over-applies chemicals to compensate for drift losses and to ensure the desired level of control losses andor costly litigation may result if sensitive crops in adjacent fields are damaged unintentional contamination of foodstuffs from unacceptable pesticide residues can result in mandatory destruction of the crop it may contribute to pollution of air and water resources and it may affect the health and safety of susceptible human and livestock populations (Ozkan E 1998) The ideal nozzle-pressure combination should maximize spray efficiency by increasing deposition and transfer of a lethal dose to the target while minimizing residues off-target losses such as spray drift and user exposure (Nuyttens et al 2009) In Turkey vineyard farmers mostly use mounted and pto-driven conventional air-assisted sprayers The axial fan air-assisted sprayer fitted with hydraulic hollow cone nozzles is the predominant design of sprayers used in orchards It produces a large radial spray plume which could involve a significant risk of off-target contamination by spray drift and losses on the ground a subject of increasing public concern (Jamar L 2010) They prefer to use these

175

sprayers in vineyards because the increases crop penetration and higher pesticide deposition on the both upper-side and under-side of the leaves

However Turkish farmers make some mistakes during the applications Dependent on the plant canopy farmers operate the sprayers with only 2 or 3 nozzles with a very high operating pressure by adjusting the regulator at about 20-25 bar during the application This kind of high operating pressure produces small droplets which may easily increase the drift amount Additionally as a result of the unsuccesful applications they apply pesticides in high application rate with high frequency The most interesting thing is the sprayers which are used in vineyard spraying do not have any drift preventing systems Since it is expensive to modificate available sprayer to reduce drift amaount by changing nozzle type and size will be easier and cheaper way to control drift The main objectives of this study were to measure airborne spray deposits of different nozzle types and sizes in a wind tunnel to determine their drift potential using wind tunnel approaches and to compare the drift potential results with the reference spraying

MATERIAL AND METHODS

Whilst field research is appropriate to obtain realistic estimates of drift with sprayers under a range of working conditions and also to validate spray drift models the controlled conditions found in wind tunnels make them well suited for studies where relative drift values are required (Nuyttens et al 2009) Wind tunnel experiments provide an efficient method for supporting and complementing the data derived from field experiments They can be used to measure airborne spray and in some cases the size and velocities of drifting droplets The nozzles mounted in the wind tunnel may provide suitable methods for measuring and classifying the performance of nozzle systems without the effects caused by the sprayer or the tractor on which the nozzles are normally mounted

In this study the wind tunnel measurements were carried out in the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig GermanyThe wind tunnel was constructed as a closed loop in 1993 The advantage of the close loop is to determine the potential of sprays to drift can be made with different spraying systems under directly comparable and repeatable conditions which is not the case for field measurements The measuring section of the tunnel was made of stainless steel Measuring partrsquos length is 10 m width 24 m and height 16 m

The control unit allows adjusting of air temperature relative humidity and the air velocity in order to produce the required conditions for the applicationsThe air temperature can be adjusted from 10 to 30ordmC relative humidity from 40 to 80 air speed up to 15 ms Windtunnel protocols are essential for determining the drift potentials The measuring method is in

176

conformity with ISO 22856 - Equipment for crop protection-Methods for the laboratory measurement of spray drift-Wind tunnels

Trials were conducted at (2plusmn002) ms air speed (20plusmn1) oC temperature and (80plusmn5) relative humidity conditions As the sampling surface strings made of polyethylene (PE) with a diameter of 2 mm were used Pyranin was used as fluorescent tracer dye The concentration of pyranin was 1 The nozzle was oriented to discharge spray downward toward the wind tunnel floor In the experiments Teejet (Spraying Systems Co Wheaton USA) AI XR AIXR and local production hollow cone nozzles were used For reference nozzle Lurmark (Hypro EU Limited Longstanton Cambridge UK) conventional 110ordm flat fan nozzle of size 03 was used The working pressure for this nozzle was 3 bar Spraying time differs according to different application rates If the spraying time is too long the droplets may easily drop to the ground during drying and carrying To prevent this pre-trials were made to determine the spraying time according to the type of the nozzle and the aplication rate After each spray run strings were allowed to dry and then every string was passed throught the U-tube that contains 5 ml of deionized water During this application U-tube was inside the ultrasonic bath (Brainsonic 52) for better dissolving of the residue amount on the string Then the liquid inside the U-tube was passed through Kontron SFM 25 fluorometer (Kontron Instruments AG Zurich Switzerland) and the measurements were recorded

RESULTS AND DISCUSSION

The results obtained from the experiments conducted in the wind tunnel for various nozzles are given in Figure 1

Figure 1 Drift amount (ml s-1) according to the nozzles A=Nozzles with low application rate B=Reference nozzle C=Nozzles with mid application

rate D=Nozzles with high application rate

The drift amount according to the nozzles are given in Figure 1 Letter ldquoBrdquo is the reference nozzle Letter ldquoArdquo represents low ldquoCrdquo represents mid and ldquoDrdquo

177

represents high application rates Drift amount increased with the increasing of the application rate During the low application rate highest drift occured when 12 mm nozzle was used in 8 bars Nevertheless in mid and high application volumes highest drift occured at working with 12 mm nozzle and XR 110-08 VP nozzles Spraying pressures for these nozzles were 10 and 25 bar for mid application rate 6 and 4 bar for high application rate respectively Although the application rate for local production hollow cone nozzle is approximately half of XR type nozzle the drift amount was higher in low application rate For the mid and high application rates conventional and XR type nozzle had the highest drift

Airborne drift volume flux for the low mid and high application rate nozzles versus heights are shown in figures 2 3 and 4 In Figure 2 the maximum drift was measured on 100 mm and 200 mm heights for the nozzle 12 mm-8 bar In Figure 3 on 100 mm height the maximum drift was for 12 mm-8 bar and on 200 mm height for the nozzle XR 110-08 VP-25 bar In Figure 4 the maximum drift was for XR 110-08 VP-4 bar on 100 and 200 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-05 VS-3 bar

AIXR 110-04-4 bar

XR 110-08 VP-1 bar

12 mm-8 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 2 Airborne drift volume flux for the low application rate nozzles according to the heights

178

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-4 bar

AIXR 110-06-4 bar

XR 110-08 VP-25 bar

12 mm -10 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 3 Airborne drift volume flux for the mid application rate nozzles according to the heights

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Hei

gh

t (m

m)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-6 bar

AIXR 110-06-6 bar

XR 110-08 VP-4 bar

15 mm-6 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 4 Airborne drift volume flux for the high application rate nozzles according to the heights

AI and AIXR nozzles provided a lower drift compared to local and XR nozzles As a common view air induction nozzles decrease drift by increasing the droplet size (Hofman V and Solseng E 2001 Ozkan 1998) Drift reduction percentage means that the nozzle reduces the drift amount in percentage compared to the reference nozzle In Table 1 drift reduction percentages of the nozzles were calculated according to the reference nozzle AI 110-05 VS provided the lowest drift potential according to the reference nozzle At low application rate only the local nozzle (12 mm-8bar) had high drift potential

179

Table 1 Percentage of the drift reduction facilities of the nozzles according to the reference nozzle

Nozzles Drift Reduction () Aplication Rate Classification

AI 110-05 VS-3 bar 72

Low AIXR 110-04-4 bar 52

XR 110-08VP-1 bar 47

12 mm-8 bar -46

AI 110-06 VS-4 bar 55

Mid AIXR 110-06-4 bar 45

XR 110-08VP-25 bar -54

12 mm-10 bar -49

AI 110-06 VS-6 bar 5

High AIXR 110-06-6 bar -2

XR 110-08VP-4 bar -123

15 mm-6 bar -80

Lurmark 110-03-3 bar Reference Nozzle

When the application rate was mid the local nozzle (12 mm-8bar) and XR nozzle (110-08VP-25 bar) had high drift potentials When the application rate was high the local nozzle (12 mm-8bar) XR nozzle (110-08VP-25 bar) and AIXR (110-06-6 bar) had high drift potential

Air induction nozzles are relatively new so more research and experience is needed to verify this concept These nozzles produce large drops so coverage may be reduced in the case of their use in applying insecticides and fungicides Some pesticides require small droplets for good coverage and the air-induction type design may not produce the best coverage (Hofman V and Solseng e 2001) Otherwise hollow cone nozzles produces small droplets thus they improve the coverage But in this study the droplet size determinations and field tests were not made Drift values under realistic conditions can only be obtained by means of field drift experiments (Herbst A 2005) For drift measurements the application volume is very important variable because increasing the application volume by increasing the nozzle orifice size also reduces the number of droplets created under 200 microns (Wolf RE 2000) As it was shown before the application rates for the local nozzles were half of the other nozzles Although the spray rate for the local nozzle was too low the drift amount was too much

In pesticide applications Turkish vineyard farmers should pay attention to spray drift Currently used hollow cone nozzles produced more drift than air induction type nozzles To reduce the spraying drift during pesticide application it is recommended to use the nozzles which provided best

180

results during wind tunnel trials Although field tests are deficiency of this study wind tunnel test have a vital importance for the determination of the spray drift under the certain conditions

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to thank the researchers of the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig (Formerly BBA) for their useful supports in the wind tunnel experiments

LITERATURE

1 Ccedilelik H Kunter B Soumlylemezoğlu G Erguumll A Ccedilelik H Karataş

H Oumlzdemir G Atak A 2010 Bağcılığın Geliştirilmesi Youmlntemleri ve

Uumlretim Hedefleri Ziraat Muumlhendisleri 7 Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı 493-513

2 Herbst A 2005 Proceedings of International Symposium on Pesticide

and Environmental Safety Beijing 2005 39-46

3 Hofman V Solseng E 2001 Agricultural and Biosystems

Engineering AE-1210 June 2001 Reducing Spray Drift

4 Jamar LMostade O Huyghebaert B Pigeon O Lateur M 2010

Comparative performance of recycling tunnel and conventional

sprayers using standard and drift-mitigating nozzles in dwarf apple

orchards Crop Protection article in press

doi101016jcropro200912018

5 Nuyttens D Taylor WA De Schampheleire M Verboven P

Dekeyser D 2009 Influence of nozzle type and size on drift potential

by means of different wind tunnel evaluation methods Science Direct

Biosystem Engineering 103 (2009) 271-280

6 Nuyttens D De Schampheleire M Verboven P Brusselman E

Dekeyser D 2009 Droplet size and velocity characteristics of

agricultural spraysVol 52(5) 1471-1480 American Society of

Agricultural and Biological Engineers

7 Ozkan H E 1998 New Nozzles for Spray Drift Reduction Ohio State

University Extension Service Publication AEX 523-98 Columbus

Ohio

8 Wolf R E 2000 Strategies to Reduce Spray Drift Kansas State

University Extension Service

181

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr

Lviv National Agrarian University Scientific guardian ndash Rostyslav Datsuk Prof of the mechanics and power engineering faculty

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines

ANNOTATION

The article examines the problems of implementation of turbo-supercharging of gas-cylinder automobiles and buses and reequipment of gasoline engines into the gas ones

Key words gas-turbine supercharging tursupercharging turbo-compressor mathematic model gas engine

From the history of turbo-supercharging consumption

During the last decades both Ukraine and other countries witnessed considerable interest in turbo-supercharging of automobile engines Turbo-supercharging is able not only to increase an engine capacity without enlargement of its mass and dimensions but also to decrease the fuel consumption and toxicity of exhaust gases Thus the problem of improvement of fuel economic efficiency and decreasing of automobiles toxicity by turbo-supercharging of gasoline can be successfully solved The piston engine turbo-supercharging means the increase of weight filling of a cylinder with air and fuel mixture by means of increasing pressure at the inlet This increase is secured by turbo-supercharging

The air may be supercharged in the engine cylinders in different ways (by the driving blower or gas-conduction turbo-compresor) Turbo-supercharging of the automobile gasoline engines were first implemented in 1952

Air supercharging in the engine cylinder increases pressure and temperature at the inlet and backpressure at the out et

Mixture preparation may be intensified by the carburetor feeding which helps to distribute the mixtures into cylinders in equal portions and to facilitate the filling factor Raising the temperature of the supercharged air causes some decrease of the charge dencity

Due to the turbo-supercharging implementation as well as to the increase of pressure and temperature of the working medium the process of ignition is facilitated All the mentioned above factors secure more qualitative mixture preparation with increased velocities

182

Analysis of the impact of turbo-supercharging on the functioning of internal combustion engines

One of the most promissing directions in the field of improving technical and economic parameters both of the traditional and recently developed internal combustion engines is implementation of gas and turbine supercharging Engine equipment of gas automobiles gives them the opportunities to run with consumption of both compressed gas and gasoline when the turbo-supercharging is turned off and the engine parameters are fixed

One of the most typical ways of the consumption of the natural gas in automobiles is the reequipment of mass-produced gasoline engines with equipment of mass-produced gasoline engines with spark ignition into the gas ones This will save gasoline and help to decrease harmful exhausts contents

Nevertheless re-equipment of the lower heat of combustion of gas and air mixture in comparison with the gasoline and air mixture and worse filling of cylinders with fresh chargings This in its turn will worsen draught and dynamic properties of an automobile Therefore the problem of improving technical and economic parameters of gas engines becomes particularly acute

The capacity of re-equipped engine may be renewed by increasing the level of risk to 10hellip12 units which is quite possible for the natural gas with the octane number of 90-110 opposed to 85-90 in gasolines (according to motor method) But then the engine cannot function on gasoline consumption Thus it will not be universal

There exists another way of improving the filling capacity of gas engines cylinders with fresh charge of turbo-supercharging This approach is quite fresh

Consumption of gas fuel by auto transport is mostly stimulated by our acute need in decreasing the toxicity of exhausts

Because of the described above reason many countries do their bests to re-equip their public transport (first of all buses ) for gas fuel consumption

Nevertheless the majority of automobile gas engines are in fact gasoline engines with spark ignition which operate both on gasoline and gas and therefore they are called the two-fuels engines The compression level is limited by the barrier of work without detonation on gasoline The loss of capacity may be renewed by implementation of gas and turbine supercharging The engine capacity when consuming the natural gas should not be more then in case of consuming gasoline In this way one may prevent mechanic and therminc overloading of engine parts which may cause the early wear and even failures

183

We experimented much with gas and gasoline engines and developed the principal plan of the system of gas and turbine supercharging for automobile gas engines and mathematic models for calculative and theoretic research

The objects of our research are gas engines ЗИЛ ndash 138 ИН ЗИЛ ndash 138 ИНand ЗМЗ ndash 53 where gas and air mixtures are prepared in carburetors-mixers The most serious drawback of the plan of introduction of turbo ndash compressor instead of carburetor is the danger of surging the compressor on the small openings of throttle damper Therefore we took a decision to set turbo-compressor in front of carburetor which needs the damper`s sealing

In our plan gas comes from the reduction gear into carburetor-mixer under surplus pressure Therefore diaphragm cavities of mass ndash produced two ndash levelled reductor of high pressure is not connected with atmosphere but with the inlet branch pipe of a carburetor-mixer where air is conducted by a turbo-compressor

When consuming gasoline turbo ndash compressor is turned off by exhausts passing the collector outside turbine with the help of a damper The damper is affected by pneumo-cylinder which functions under pressure of gas coming from the reduction gear In such case the air comes to a carburetor-mixer directly through the reciprocative valve Gasoline is conducted from the filter by gasoline pump to electromagnetic valve and then to a carburetor-mixer

We compare interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИНwith turned in and turned off supercharging Due to the supercharging the capacity of gas engine increased from 93 to 132 kWt (on 41) Specific consumption of gas power decreased within the frequency of crankshaft rotation of 17 00 hellip 32 00 min-1 for 35 hellip 52 MJ (kWt h)

184

Fig 1 Plan of supercharging for gas and gasoline engine

1 ndash gas heater 2 ndash reduction gear of high pressure 3 ndash consumption valve 4 ndash electromagnetic valve-filter 5 ndash outlet collector 6 ndash damper for

exhausts passing 7 ndash turbo-compressor 8 ndash gas pressure timer 9 ndash aircoolant 10 ndash gasoline pump 11 ndash electromagnetic gasoline valve 12 ndash carburetor-mixer 13 ndash air cleaner 14 ndash reciprocal valve 15 ndash gas reductor

gear of a low pressure

The control over correctness of turbo ndash supercharging selection is made by the way of comparing consumption characteristics of turbo ndash compressor and hydravlic characteristics of the engine

CONCLUSIONS

Our research resulted in the following conclusion

1 Mass ndash produced Ukrainian turbo-compressor TKR-7 may be

consumed for the supercharging of universal automobile gas engines

ЗИЛ ndash 138 ИН and ЗМЗ ndash 536 with consumption of intermediate

cooling of the supercharged air Turbo-compressor is to be set in front

of the gas and air mixer to prevent throttling of the fresh charge steam

185

at the compressor inlet during the regulation of the engine capacity by

throttle damper of a carburetor

Fig 2 The interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИН with turbo-supercharging ndash without turbo-supercharging

2 The system of gas and turbine supercharging secures not only

renovation of the capacity of gasoline engines and their coming to the

natural gas consumption but also improves their fuel economical

efficiency for 12 It also decreases carbone oxide contents in exhaust

gases for 20 comparing with the engines which are not equipped with

supercharging But here the contents of nitric oxides in exhaust gases

may be somehow increased

3 Exploitation testings of the engines with turbo ndash supercharging in the

buses ЛАЗ ndash 699 РГ and automobiles ЗИЛ ndash 138 АГ ГАЗ ndash 53 АГ

confirmed the usefulness of the developed system of supercharging

4 On the basis of our research results one may recommend gas and

turbine supercharging with turbo ndash compressor TRK ndash 7 on the

universal gas engines ЗИЛ ndash 138 АН ЗИЛ ndash 138 ІНand ЗМЗ ndash 53

186

LITERATURE

1 ндреевВ И КрамарьМ П

Турбонаддувсовременныхбензиновихдвигателей - М

НИИНавтопром 1986-211с

2 ОтчетоНИРЭкспериментальныеисследованияопытныхобраз-

овдвухтопливныхгазобензиновыхдвигателейЗИЛ-130 иЗИЛ-375

сгазотурбиннымнаддувом КравецВИ ДацюкРЕ ЖабинВМ

ФурмановНН ЗваричБН ЛСХИ ВНИИГаза -Москва- Львов

1990 -103с

3 ЗвітпроНДРпогоспдоговірнійтемі N21-333-91

СтендовівипробуваннягазобензиновогодвигунаЗИЛ-138И (ЗИЛ-

375) зтурбо-наддувом ДацюкРЮ КравецьВІ СкречкоГВ

ЗваричБ М КудринецькийБП-Дубдяни1991-37с

Page 6: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING

11

Evrenosoğlu Mehmet 94

Mathematical modelling in silage mechanization 94

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam 104

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat industry waste material 104

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana 116

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill 116

Oleh Kovalyshyn 120

Using cloud computing technology in education process 120

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta 124

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives 124

Inż Osypiuk Roman dr inż Gendek Arkadiusz 127

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw 127

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya 134

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator 134

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L 145

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory 145

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik 153

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting 153

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander 162

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim 162

12

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin 173

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel 173

Zholobko Volodymyr Oleksandr Lys 181

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines 181

15

Andraacutessyovaacute Zuzana Hrubec Jozef Kotus Martin Daňko Marek

Slovak University of AgricultureFaculty of Engineering Department of Quality and Engineering Technologies Nitra(Slovak Republic)

Application of method Poka Yoke in quality control

SUMMARY

A study focuses on application of Japanese method Poka Yoke (PY) - mistake proof ing in organization Faurecia Ltd located in Lozorno The method is applied in several manufacturing processes and so quality control is ensured at 100 Using Poka Yoke with other corresponding methods and procedures of quality control and process improvement is useful for organizations which try to reach Zero Quality Control (ZQC) The aim is to reach the highest quality level at lowest expenses therefore it is necessary to plan and implement the method PY where it is not only effective but efficient The study includes steps and procedures which are parts of application Poka Yoke and points out evaluation of systemsrsquo reliability and their levels

Key words Poka Yoke Zero Quality Control process quality improvement

INTRODUCTION

First application of method Poka Yoke to practice happened in 1960 by Japanese engineer Shigeo Shingo in organization Toyota He tried to improve a process quality and prevent processes from non-conformities Poka Yoke is designed for systematic prevention from defaults and following non-conformities Basic principle of system PY is to register non-conformity announce it to operator by signalization and if necessary to stop the manufacturing process Modification of a product fixture device and other equipment which is considered in business plan allow using those principles If the system PY is function it indicates 100 control

Poka Yoke is one of approaches of process quality management and control besides statistical quality control and final product control Method PY represents generally the elimination of human factors (mistakes) at process quality

The object of study is to introduce the usage of method Poka Yoke at manufacturing of automobile seats in organization Faurecia Ltd (fig 1) It defines steps that are needed for effective function of system Poka Yoke with its requirements regulations and other appropriate documents

16

Fig 1 Parts of automobile seat

METHODOLOGY

METHOD POKA YOKE

Application of method Poka Yoke (design implementation development of system Poka Yoke and its equipment) and also calculation of expenses according to similar final products must be included in business plan All documentation must clearly define dimensional and functional requirements on individual parts according to safety and legal requirements of a customer (VW Ford Audi etc) In case of safetyregulation characteristics legal requirements or product characteristics which effect assembly suppliers define Poka Yoke at product and process design so the 100 conformity to customerrsquos requirements is ensured

Then Poka Yoke are defined in FMEA and control plan Following instructions procedures and directions for correct application of Poka Yoke in operation are performed Verifying phase of their function in manufacturing process is done at last

Fig 2 Documentation with PY indication for process

Reference number Poka Yoke description control method and backup method (in case of system failure) must be defined and classified for every

17

single Poka Yoke Every process using Poka Yoke must be defined by relevant marking in advance including marking in all documents of processes

Documents with Poka Yoke marks

Following documents which are related to using method Poka Yoke (fig 2)

drawings

control plan and FMEA

block schema

instruction of serial production release (O K 1st part) - working instruction

records for register

Application of PY in processes

Organization Faurecia Ltd has implemented method Poka Yoke particularly into processes with safetyregulation characteristics (tab 1) Safetyregulation characteristics are groups of processes which with their quality level effect product safety within its usage (can cause life injuries and harm to human health) Therefore the 100 quality within those processes is necessary to ensure and sustain

Safetyregulation characteristics within seatsrsquo manufacturing for automobiles are following

process of screwing of seatrsquos parts

process of riveting of parts

Poka Yoke is also used for scanning of input parts so the 100 conformity to a customer order in organization

Tab 1 Defined nonconformities in processes with PY

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Screwing Riveting

The most frequent non-conformities

Incorrect torque Incorrect force of hydraulic riveting

Missing screw Tear off the rivets

Double screwing

RECEIVING INSPECTION

Scanning input parts

Missing parts

18

Confusion of parts

Safetyregulation characteristics must be under the 100 quality control which is achieved by using method Poka Yoke and by definition of backup method in case of system failure

VERIFICATION PHASE

Release of serial production

Usage of Poka Yoke within individual process must be validated before release of serial production All methods of PY must be approved and operators must be trained

OK 1st part

At the beginning of each shift the 100 Poka Yoke system control must be verified Operator is obligated to simulate all non-conformities of manufacturing process at the beginning of each shift after system modification and after elimination of Poka Yoka failure So function of Poka Yoke is verified and controlled Data of failures simulated in process are registered automatically due to control flashback in form of electronic records

When verification phase is confirmed and Poka Yoke in function the process is marked by relevant label on the visible location

Poka Yoke need to be prevented from usage in case of incorrect system function and defined backup (manual) process procedures (tab 2) need to be applied until a problem solving (max 24 hours) If the backup method is needed management of organization must be informed about it Work station in workplace is marked by relevant label which visibly shows incorrect function of PY

Backup method

a) 100 manual control

b) 100 visual marking of controlled feature

c) manual records of products which are manufactured by backup method

Tab 2 Alternate procedure for Poka Yoke processes

SAFETYREGULATION CHARACTERISTICS

Backup method

Screwing Riveting

Use emergency electric screwdriver

Place substitute riveting pistol

19

Mark screws which are not under control of PY for torque control

Mark all rivets with permanent marker

Fill in dispatch note with product data

Fill in dispatch note of seat

Backup methods are defined only for safetyregulation characteristics If there is noted any problem with scanning input parts by Poka Yoke operator is obligated to control marking of parts personally and to realize selection according to marking of parts in order

CALIBRATION AUDITS

Calibration of system Poka Yoke proceeds as following

external calibration ndash once per 18 months

internal calibration ndash once a month

Audits of system Poka Yoke (according to plan of audits) are proceeded as following

external audits ndash once a year

internal audits ndash once a year

suppliersrsquo audits ndash (in supplier who has implemented Poka Yoke for safetyregulation characteristics in drawings) min once per 2 years

All records about PY (methods and other documents) must be archived at the minimum of 15 years Recorded reports of data are the object of internal audit at the minimum once a year

DISCUSSION

Shigeo Shingo (1988) said that system of Zero Quality Control equipment and techniques of Poka Yoke ensured the 100 control Poka Yoke guaranteed that non-conformity with its known cause there was not any more presented in process

Usage of method Shingo (1988) characterized by 3 basic features sophistication simplicity and relative economic allowance

Other methods and tools (statistic control final control) serve for monitoring process or for detection of non-conformity productprocess The aim of each organization is not only detection of non-conformity but previous elimination of mistakefailure that leads to this non-conformity

Organization Suzuki located in Rome saved 400 000 $ a year and decreased non-conformities from 24000 to 2400 per million produced parts by application of method Poka Yoke in installation process of protection of automobile drive unit (Connor G 2006)

20

Organization DCM Toyota Ltd manufacturer of trucks located in Surajpur in northern India used the method Poka Yoke within screwing process control Prevention from forgetfulness of their operators within the process of screwing critical screws on vehicle was assured by following approach screwdrivers were dipped in noticeable colour so the colour was transfer on every screw which was done manually This signal served for warning an operator that there was missing screw or incorrect torque (Robinson A - Shingo S 1990)

The 100 process quality control elimination of all possibilities which lead to non-conformities at processing are possible to ensure by application of method Poka Yoke in process In some cases we can meet with incorrect designs of PY or system failures Therefore it is necessary to control system Poka Yoke periodically to calibrate and keep auditing from side of a manufacturer and a customer

CONCLUSION

Every process is necessary to define potential non-conformities and causes which lead to them needs to be identified and the quality has to be evaluated and monitored for effective usage of method Poka Yoke Organization Faurecia Ltd uses philosophy Just In Time and so the usage of Poka Yoke is very suitable Philosophy Just In Time focuses on the 100 quality conformance Quality is inseparable from manufacturing process in the organization Poka Yoke reaches required quality level and includes many supportive methods which with their right combination and harmony allow controlling process as the most efficient

REFERENCES

1 Connor G 2006 Poka-Yoke Human-Proof Your Process In Industrial

Maintenance amp Plant Operation vol 67 2006 no 6 p 12 - 14

2 Internal documents and regulations 2011 Lozorno Faurecia

Ltd 2011

3 ROBINSON A - SHINGO S 1990 Modern approaches to

manufacturing improvement Cambridge Productivity Press 1990

399 p ISBN 0-915299-64-X

4 Shingo S 1988 Poka Yoke Improving product quality by preventing

defects USA Productivity Press 1988 282 p ISBN 0-915299-31-3

In chapter were used researches results within the frameworks of statutory researches VEGA 1057609 (2009-2011) ndash bdquoThe quality improvement of agricultural machines and production systemsldquo

21

Bartnicki Michał dr inż Pusz Wojciech mgr inż Ogoacuterek Rafał

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Studenckie Koło Naukowe Fitopatologoacutew Skosikrdquo

Metody ochrony zboacuteż przed chorobami ze szczegoacutelnym uwzględnieniem zastosowania biostymulatoroacutew

Methods of protection against diseases of cereals with particularemphasis on the use of biostimulators

ABSTRACT

The introduction of integrated crop production including the integrated production of cereals after 2014 brings with it the need to use non chemical methods of plant protection especially methods of agrotechnical and breeding Therefore the withdrawal of many chemical preparations selection of adequate plant protection gives the farmer a lot of problems The new group of agents used in the modern technology of field crops occupy biostimulators Biostimulators influence the course of life processes in plants support the natural defense mechanisms and indirectly also influence the development of pathogen reduction The most commonly used among commercially available biostimulators by Polish producers is the preparation of Asahi SL It contains in its composition of phenolic compounds (ortho- and para-nitrofenolan sodium and 5-nitrogujakolan sodium) which increased synthesis occurs naturally in plant cells during stress conditions for them

The aim of the experiment was to determine the effect of biostimulator

Asahi SL on the growth of some species of fungi

Isolates of Fusarium fungi were used in the study The experiment was conducted at 22 deg C in triplicate and four variants of concentration of the preparation Petri dishes were placed on the medium containing 7-days-grown mycelium with a diameter of 4 mm Observations and measurements of the diameter of the mycelium were performed after 7 and 14 days of incubation The obtained results were subject to analysis of variance (ANOVA) using standard statistical methods Means were compared using Fisherrsquos least significant difference (LSD) test at 001

The results of the experiment show that the fungi used in the study have varied the in their growth rate and respond differently to different concentrations of the biostimulator in the medium

Sowa kluczowe biostymulatory ochrona

22

WSTĘP

Wprowadzenie integrowanej produkcji roślinnej w tym także integrowanej produkcji zboacuteż po 2014 roku niesie za sobą konieczność wykorzystania w ochronie roślin metod nie chemicznych zwłaszcza metody agrotechnicznej i hodowlanej W związku z wycofaniem wielu preparatoacutew chemicznych doboacuter odpowiedniego środka ochrony roślin stwarza rolnikowi wiele problemoacutew Nową grupę preparatoacutew stosowanych w nowoczesnej technologii upraw polowych zajmują biostymulatory [Kozak 2009] Biostymulatory wpływają na przebieg procesoacutew życiowych w roślinie wspomagają naturalne mechanizmy obronne a pośrednio wpływają także na ograniczenie rozwoju patogenoacutew [Michalski i in 2008] Spośroacuted dostępnych na rynku biostymulatoroacutew najczęściej stosowanym jest preparat Asahi SL Zawiera on w swoim składzie związki fenolowe (orto- i para-nitrofenolan sodu oraz 5-nitrogujakolan sodu) ktoacuterych nasilenie syntezy występuje naturalnie w komoacuterkach roślinnych podczas warunkoacutew dla nich stresowych Działanie preparatu polega na wspomaganiu roślin narażonych na czynniki stresowe takie jak złe warunki pogodowe siedliskowe oraz porażenie przez patogeny grzybicze Powoduje on min polepszenie wigoru roślin poprzez poprawienie turgoru komoacuterek oraz gospodarki hormonalnej [Ogoacuterek i Pusz 2011]

CEL BADAŃ

Celem przeprowadzonego doświadczenia było określenie wpływu biostymulatora Asahi SL na wzrost wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju Fusarium

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Do badań wybrano izolaty grzyboacutew rodzaju Fusarium Izolaty Fusarium oxysporum wyizolowane zostały z pszenżyta natomiast pozostałe grzyby wyosobniono z podstawy łodygi rzepaku Pochodziły one z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Czyste kultury wybranych izolatoacutew uzyskano metodą kultur jednozarodnikowych Zarodniki przenoszono na zestaloną i zakwaszoną pożywkę PDA (Potato Dextrose Agar) frmy Biocorp

Doświadczenie wykonano w warunkach temperatury pokojowej (22 oC) w trzech powtoacuterzeniach oraz następujących wariantach stężeniowych preparatu 04 lha-1 (0133g preparatu na 100ml pożywki) 06 lha-1 (02g preparatu na 100ml pożywki - dawka zalecana dla Asahi SL) 10 lha-1 (033g preparatu na 100ml pożywki) oraz 00 lha-1 (kontrola) Na pożywce umieszczono krążek 7-niowej grzybni o średnicy 4 mm Obserwacje i pomiary średnicy grzybni wykonano po 7 i 14 dniach inkubacji

23

Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA) przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet Statistica 90rdquo) Średnie poroacutewnano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD) α 001

WYNIKI

Analiza wynikoacutew przeprowadzonego doświadczenia wykazała że biostymulator wpływa hamująco na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew Fusarium (tab 1 2) Na wykresach 1 i 2 przedstawiono oddziaływania poszczegoacutelnych dawek Asahi SL na wzrost grzybni wybranych izolatoacutew

Po 7 dniowej inkubacji odnotowano że dawki Asahi SL wykazały działanie hamujące wzrost grzyboacutew wprost proporcjonalnie do ich stężenia dla obu izolatoacutew F oxysporum F culmorumorazpierwszego izolatu F poae Jednakże pod względem statystycznym wyniki te nie rożną się istotnie Izolat drugi F poae nie reagował na dawki preparatu zgodnie ze wzrostem jego stężenia W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab1)

Biostymulator Asahi SL po 14 dniach hamował wzrost prawie wszystkich izolatoacutew grzyboacutew wykorzystanych w doświadczeniu ale tylko niektoacutere oddziaływania były istotne statystyczne Pod względem statystycznym istotny były tylko wpływ preparatu na wzrost oba izolaty F oxysporum Podobnie jak po pierwszym okresie inkubacji wzrost izolatu drugiego F poae nie był hamowany W przypadku F oxysporum odnotowano najmniejszy wzrost grzybni pod wpływem preparatu Asahi SL w odniesieniu do proacuteby kontrolnej (tab 2)

24

Tabela 1Table 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

Tabela 2Table 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

dawka [lha

-1]

dose [lha

-1]

średni wzrost kolonii [mm] average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 410 a 380 a 580 a 672 bc 579 a 480 a

04 400 a 350 a 587 a 704 ab 556 a 499 a

06 378 ab 340 a 547 a 723 a 553 a 475 a

10 363 b 320 a 538 a 669 a 569 a 434 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

dawka [lha

-1]

dose

[lha-1

]

średni wzrost kolonii [mm]

average increase of colony [mm]

F oxysporum F poae F culmorum

Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2 Izolat 1 Izolat 2

00 675 a 636 ab 793 a 840 a 850 a 850 a

04 645 ab 650 a 791 a 846 a 850 a 840 a

06 600 ab 575 bc 787 a 850 a 840 a 840 a

10 576 c 511 c 756 b 850 a 830 a 830 a

Wartości w kolumnach oznaczone tą samą litera nie roacuteżnią się istotne Test Fishera poziom

istotności (LSD) α 001 Values in columns marked with the same letter are not significant differented Fishers least

significant difference (LSD) test α 001

25

20

30

40

50

60

70

80

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 1Figure 1 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 7 dniach

The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 7 days

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 04 06 1

daw ka [lha-1] (dose [lha-1])

wzro

st kolo

nii

[mm

] (

gro

wth

of colo

ny [m

m])

F oxysporum - 1 F oxysporum - 2 F poae - 1

F poae - 2 F culmorum - 1 F culmorum - 2

Rysunek 2Figure 2 Oddziaływanie dawek preparatu Asahi SL na wzrost grzyboacutew po 14 dniach The impact of the doses of Asahi SL on the growth of fungi after 14 days

26

DYSKUSJA

Grzyby z rodzaju Fusarium są jedną z najważniejszych grup patogenoacutew roślin [Guarro i Geneacute 1995] Ponadto wydzielają one roacuteżne metabolity wtoacuterne min mikotoksyny ktoacutere stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia ludzi oraz zwierząt [Bai i Shaner 2004 Frandsen i in 2006] Wiele mikotoksyn jest niewrażliwych na obroacutebkę cieplną w wyniku czego są stabilne podczas standardowych procesoacutew przygotowywania żywności i pasz [Pokrzywa i in 2007]

Obecnie głoacutewnym sposobem walki z tymi patogenami jest metoda chemiczna Jednakże biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na produkty wytwarzane metodami ekologicznymi rolnicy zmuszeni są do szukania nowych środkoacutew walki z patogenami roślin Jednym z wyjść może być wprowadzenie preparatoacutew na bazie substancji nie szkodliwych dla środowiska [Panasiewicz i in 2008] Do preparatoacutew takich zalicza się min biostymulatory ktoacuterych zadaniem jest zmniejszenie negatywnego wpływu warunkoacutew siedliskowych na rośliny [Maciejewski i in 2007]

Biostymulatory nie są fungicydami ale w pewnym stopniu mogą chronić roślinny roacutewnież przed chorobami powodowanymi przez grzyby min poprzez zwiększenie ich naturalnej odporności Potwierdzają to badania Saniewskiej [2000] ktoacutera stwierdziła iż stosowanie preparatu Atonik SL (ta sama substancja aktywna jak w preparacie Asahi SL) wpływa korzystnie na zdrowotność roślin ozdobnych Podobne rezultaty uzyskali Pusz i Pląskowska [2008] stwierdzając pozytywny wpływ biostymulatora Asahi SL na porażenie łodyg rzepaku przez Sclerotinia sclerotiorum

W przeprowadzonym doświadczeniu po obu okresach inkubacji zauważono hamujący wpływ Asahi SL na wzrost większości grzyboacutew z rodzaju Fusarium użytych do badań Właściwości inhibicyjne preparatu w wielu przypadkach wzrastały wraz z jego stężeniem ale tylko po 14 dniowej inkubacji były istotne statystycznie dla obu izolatoacutew F oxysporum Podobne tendencje zauważył Ogoacuterek i in [2011] badając wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew z gatunku Fusarium oxysporum Stwierdzili oni że zaroacutewno po 7 jak i 14 dniowej inkubacji właściwości inhibicyjne Asahi SL utrzymywały podobne tendencje Inhibicyjne właściwości Asahi SL potwierdza roacutewnież doświadczenie Ogoacuterka i Pusz [2010] Badali oni wpływ Asahi SL na wzrost grzyboacutew Fusarium spp oraz Alternaria alternata Rhizoctonia solani i Sclerotinia sclerotiorium Jednak stwierdzili oni że najsilniej hamowany jest wzrost izolatoacutew F oxysporum przez ten biostymulator

Należy podkreślić iż biostymulatory są preparatami wspomagającym rośliny w sytuacjach stresowych jednak nie zastąpią przeprowadzenia zabiegoacutew pielęgnacyjnych przed agrofagami w uprawach polowych jak i terenach zielonych

27

WNIOSKI

1 Preparat Asahi SL w zależności od zastosowanej dawki wpływa na

ograniczenie wzrostu grzyboacutew z rodzaju Fusarium

2 Właściwości inhibicyjne preparatu Asahi SL utrzymywały się

w obydwoacutech okresach badań

3 Biostymulator Asahi SL prawdopodobnie może być stosowany do

ograniczenia wzrostu wybranych gatunkoacutew grzyboacutew z rodzaju

Fusarium

LITERATURA

1 Bai GH Shaner G 2004 Management and resistance in wheat and

barley to Fusarium head blight Annual Review of Phytopathol (42)

135ndash161

2 Frandsen RJ Nielsen NJ Maolanon N Sorensen JC Olsson S

Nielsen J Giese H 2006 The biosynthetic pathway for aurofusarin in

Fusarium graminearum reveals a close link between the

naphthoquinones and naphthopyrones Mol Microbiol 61(4) 1069ndash

1080

3 Guarro J Geneacute J 1995 Opportunistic fusarial infections in humans

Eur J Clin Microbiol Infect Dis (14) 741ndash754

4 Kołaczyńska-Janicka M 2004 Wieś Jutra 2004 nr 3 s25-26

5 Kozak M 2009 Biostymulator dobry wyboacuter Agrotechnika 3 61-62

6 Maciejewski T Szukała J Jarosz A 2007 Influence of biostymulator

Asahi SL on qualitative tubes of potatoes J of Res and Apll in

Agricult Eng 52(3) 109ndash12

7 Michalski T Groszkiewicz-Janak J Bartos-Spychała M 2008

Skuteczność Asahi SL w ochronie mieszanki jęczmienia z pszenicą

w poroacutewnaniu do siewoacutew czystych Biostymulatory w nowoczesnej

uprawie Warszawa 7-8022008

8 Ogoacuterek R Łobczowski M Pusz W 2011 Wpływ biostymulatora Asahi

SL na wzrost wybranych szczepoacutew Fusarium oxysporum Schlecht

Zeszyty Problemowe Postępoacutew Nauk Rolniczych (w druku)

9 Ogoacuterek R Pusz W 2010 Możliwości wykorzystania biostymulatora

Asahi SL w ochronie roślin na terenach zurbanizowanych Monografia

28

Problemy ochrony roślin na terenach zurbanizowanychrdquo red E

Pląskowska 40ndash46

10 Panasiewicz K Sulewska H Koziara W 2008 Efficacy of biological

and chemical active compounds in protection of Triticum durum against

fungal diseases Journal of Research and Applications in Agricultural

Engineering 53(4) 30ndash32

11 Pokrzywa P Cieślik E Topolska K 2007 Ocena zawrtosci

mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych Żywność Nauka

Technologia Jakość 3(52) 139ndash146

12 Pusz W Pląskowska E 2008 Wpływ stosowania preparatu Asahi SL

na zdrowotność rzepaku ozimego Zesz Probl Post Nauk Rol 531

185-191

13 Saniewska A 2000 Wpływ preparatu Atonik SL na hamowanie

wzrostu i rozwoju niektoacuterych gatunkoacutew grzyboacutew chorobotwoacuterczych dla

roślin ozdobnych Zesz Nauk Inst Sadown i Kwiac 7 145-153

29

Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriaacutena Kasina Marek Michaliacutek Peter

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Machining of austenitic steels with HSS tools with using of ozone as coolant

ABSTRACT

The machining of austenitic chromium-nickel steel is difficult for several reasons This material is cold hardening and has low thermal conductivity The machining of these materials may cause sticking of the material to the tool which can cause instrument fracture and the loss of his cutting ability These facts put heavy demands on cutting tools One possibility to machine austenitic steels is their machining with tools of HSS and HSS-PM at cutting speeds in the range of 10mmin to 35mmin These tools are characterized by high toughness and sufficient hardness at lower temperatures In order to prevent loss of hardness of the tool at high cutting temperatures was used ionized air (ozone) as an organic process medium which is characterized by strong oxidizing effects and relatively high thermal conductivity The aim of partial experiments were performed to identify the impact of application of this gaseous medium for tool resistance and cutting parameters influence changes in quality of machined surface Article was a direct support of the Ministry of Education to tackle the grant project VEGA no 1088510

Key words ozone austenitic steel HSS the roughness of finished surface wear

USED MATERIAL

Corrosion- resistant austenitic steels due to their increased resistance to corrosion used in larger quantities than ferritic and martensitic corrosion- resistant steel[9]

The most commonly used types of austenitic corrosion-resistant steel is steel with the designation of 14301 (17 to 195 Cr 8 to 105 Ni 007gt C) [9]

Usually these steels are supplied in the soft annealed condition and annealed to soft and cold drawing condition This material is characterized by large strain hardening of cold low thermal conductivity and greater susceptibility to sticking to the cutting tool Machinability is thus very complex In general these steel is difficult machinable than steel alloy

30

The reason of cold hardening is the conversion of austenite into martensite at high strain rate The cold hardening effect can be so intense that the machined surface may result points to an extremely high hardness 400 to 500 HB with a thickness of 01 mm This fact is very important in the choice of cutting tool geometry while a negative front angle and cutting tool wear increasing the hardened layer Positive front angle and sharp cutting edge tool acting contrary As for the cutting conditions it is appropriate to choose the depth of cut and feed rate so that the tool during the machining can get behind the hardened layer [26]

Low thermal conductivity is a problem that affects the choice of cutting tool material Heat from the primary and secondary deformation is not preferentially drawing- off with a chip and also heat transfer from the zone of cutting back in the material is limited The reason is the high content of chromium as alloying element which reduces the thermal and electrical conductivity In the area of cut remains more heat which prejudicing tool life [3411]

USED COOLANT

As a cutting environment (gaseous coolant) was used ozone In the case of machining of austenitic corrosion-resistant steel has not been possible to fully exploit the effects of wetting and lubricating the gaseous coolant because this material is not only resistant to corrosion but also to oxidation Theoretically there could be lubricating effects of strongly oxidizing coolant to rebound on the instruments because there were Co-HSS cutters used without PVD coating and the tools contain only about a quarter of content of chromium from machined austenitic steels Currently PVD coating method provides tools to oxidation resistance This cutting environment was chosen because of its environmental friendliness better distribution to the point of cutting and specific heat capacity which is similar to air and pure Oxygen To generate ozone was used equipment from LifeTech Figure 1 [7]

Intensity of supplied gaseous medium can be controlled by the compressor which is able to transport 14 liters of gas per minute Ozone concentration can be controlled with rotary switch on the ozone generator Ozone is an extract from the workpiece and subsequently neutralized by the neutralization unit

31

Fig 1 Ozone generator with neutralization unit

For the experiments were used cutting tools of high speed steel (HSS-Co) with a given content of alloying elements

Fig 2 Content of alloying elements in tools[8]

THE PARAMETERS OF CUTTING TOOLS

diameter of front cylindercutter-16mm

diameter ofclampingpart-[h6] 16 mm

length of cutting section-32 mm

mill-length- 92 mm

4 teeth

uniform spacing of teeth

without PVD coating

front angle γ = 12 deg

N-type universal milling machines suitable for materials up to 900 Mpa

a tooth through the center [10]

32

PARTIAL EXPERIMENT

Currently for machining of austenitic corrosion-resistant steels are most used tools from sintered carbides that compared with conventional cutting tools from high speed steel and high-speed steels produced by powder metallurgy retain their hardness also at higher cutting speeds Sintered carbides however lagged behind the tools of HSS and HSS-PM with their toughness feed rate per tooth and price Tools of HSS and HSS-PM can be after wearing free of coantig grinded and re-coated Increasing of cutting performance for tools from HSS and HSS-PM is possible by increasing the axial and radial depth of cut If we want change the cutting conditions we must respect the stability of cutting process[15]

Cutting power 310 fep vaaQ [cm3min] (1)

ap- axial depth of cut

ae- radial depth of cut

vf- feed rate [5]

This partial experiment was realized aimed to investigate the effects of change of cutting parameters on the resulting machined surface measure the impact of used coolant on the wear of cutting tools and get results (etalon) for multicriteria evaluation of cutting properties of cutting tools from high-speed steels produced by conventional and powder metallurgy According to the literature HSS Milling Smart Guide is for uncoated cutting tools made of HSS-Co determined a maximum cutting speed to value from 10 to 15 m min During this experiment was achieved in three cases a maximum cutting speed 29 m min and in each case there was not a wearing on the back surface The cutting parameters were changed spindle speed (cutting speed) and feed per tooth All experiments were carried out as co-milling The length of the milling area in each case was 100 mm Roughness values were measured using the Mitutoyo SJ-device 400th Each of the machined surfaces was evaluated by 3 - times and the average value was recorded in the chart

Cutting parameters were

spindle speed - 290 360 580 [revmin]

feed per tooth- 00078 00125 00155 0015 0024 0025 003 004 005 [mmzub]

radial and axial depth of gut- ap= 8mm ae= 2mm

33

CONCLUSION

Fig 3 Character of machined surface

The best values of roughness characterized by a roughnessheightofroughnessprofileRzhave been achieved in terms of spindle speed 580 rpm and feed per tooth of 0015 mm Similar values were reached at a speed of 360 rpm and feed per tooth of 00125 and 00243 mm Properties of appliedcoolantcould notbeusedinfull because theworkpieceischaracterized byhigh resistancetooxidation This preventstheformationof oxidizedlayeron theworkpiece whichwoulddirectlyat thecutting siteact as a lubricatinglayer

Therefore wasusedonlythe coolingcapacityof gaseousmediaanditsability tobetterpenetrateinto thecuttingsite Coolingeffectandability topenetrateinto thecuttingsite however weresufficient Lower cutting speeds compared with cutting speeds applied during the machining with hard metals ensured that there is no curing a thin layer of workpiece before the cutting tool ergo the workpiece material was not exposed to high strain rate In the implementation of other experiments can take advantage of HSS tools machining with high axial depth of cut Increasing the axial depth of cut would provide burden reduction by-bit per unit of its length and also would increase the cutting performance To increase the durability of cutting tools could be used air stream cooled to -5 deg C and more On the test instruments was also observed on the back surface wear VB as well as other forms of wear The maximum wear value VB which was measured on the back surface of cutting tools after time 20 min was 02 mm In the case of one instrument was observed brittle fracture where there is destruction of three teeth and hence the loss of the cutting ability of the instrument

All performed experiments showed that the examination of cutting materials for the application possibilities is justified not only in terms of technology but also from an economic point of view

34

REFERENCES

[1] HUMAacuteR Anton Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha MM publishing sro 2008 242 s ISBN 978-80-254-2250-2

[2] KUDELA Miroslav Sandvik Prekladateľ Priacuteručka oraacuteběniacute Praha Sandivik CZ sro za pomoci nakladateľstva Scientia sro 1997 918 s ISBN 91-97 22 99-4-6

[3] VASILKO Karol Analytickaacute teoacuteria trieskoveacuteho obraacutebania Prešov Fakulta vyacuterobnyacutech technoloacutegiiacute TU v Košiciach so siacutedlom v Prešove 2007 338 s ISBN 978-80-8073-759-7

[4] VASILKO Karol HRUBYacute Jindřich LIPTAacuteK Jaacuten Technoloacutegia obraacutebania a montaacuteže Bratislava Alfa 1991 494 s ISBN 80-05-00807-4

[5] BACH Pavel HSS naacutestroje z PM oceliacute pro vyacutekonneacute a ekonomickeacute freacutezovaacuteniacute titanovyacutech slitin MachiningampTooling Magazine 22009 50-54

[6] LUKOVICS I BIacuteLEK O High Speed Grinding Process Manufacturing Technology8 2008 12-18 ISSN 1213248-9

[7] MATIJA Rudolf MIŠIacuteK Ladislav HLOCH Sergej Využitie procesnyacutech meacutediiacute StrojaacuterstvoStrojaacuterenstviacute 22009 2-3 ISSN 1335- 2938

[8] HSS Smart Guide 01 Introduction[online]Available on the internet httpwwwhssforumcomSmartGuideENhtm

[9] Inox spol s ro vlastnosti antikorovyacutech materiaacutelov[online] Available on the internet httpwwwinoxspolcznerezova-ocel-14301html

[10] Freacutezovacie naacutestroje[online] Available on the internet httpwwwzps-fncz

[11] Vplyv legujuacutecich prvkov na vlastnosti oceliacute[online] Available on the internet httpwwwfpttnuniskkfimpredmetyrocnik1nauka_o_materialipdfvplyv_legujucich_prvkov_na_vlastnosti_ocelipdf

35

Bilous Oleksiy Solop Andriy

LvivNationalAgrarianUniversity Mechanics and power faculty

Causing of wearproof coverage by method electro- and spark alloying with application of eutectic electrode

material

ABSTRACT

In work the analysis of the literary data connected with use of an electro-spark alloying for tool hardening is carried out

Necessity of working out new tungstenless electrode materials with eutectic structure for improvement of technologies of an electro-spark alloying is proved Therefore the structure new eutectic system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li alloy has been developed the manufacturing techniques of an alloy are offered by a sintering method

Analysis carrying out received a new alloy by means of modern a research method was the following stage researches namely electronic spectroscopy on microprobe JAMP-10S (JEOL) where it is established that the alloy break has viscoplasticitycharacter and at it there are all elements of system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li The x-ray-phase analysis on diffractometerwith use monochromatic Coα - radiation has shown to Dron-UM1 presence in an alloy of following phases α-Fe Fe3 (B C) Fe2B Fe3 (Si B)

Work is written on 23 pages to the text consists from introduction 5 sections contain 3 drawings and 2 tables

Keywords an electro-spark alloying eutectic alloy fractographyof a break a x-ray-phase method

INTRODUCTION

The analysis of row of works about creation of new electrode materials for an electro-spark alloying (ESA) shows that lately prevails tendency to development of tungsrenless of electrode materials [1 2 3] It is related to the greater economy and possibility of replacement of deficit a tungsten and cobalt By confirmation there are numerous researches it from the receipt of alloys with an eutectic structure [4-5] that are dispersible are the fixed alloys with optimum correlation of hardness and plasticity due to a presence in the structure of plastic matrix and reinforcing phases Correlation of such phases can be purposefully changed arriving at thus the receipt of eutectic alloys with the set complex of their properties

36

That touches wearproofness of coverages which are inflicted from such eutectic alloys and in particular by an electro-spark treatment the optimum ranges of correlations of elements of alloy are in this case possible also and at the same time plastic and reinforced phases which change his wearproofness substantially

1 GROUND OF CHOICE OF ELEMENTS FOR ALLOYING OF THE SYSTEM FE ndash MN ndash C ndash B THEIR CONCENTRATIONS AND DEVELOPMENT OF COMPOSITION OF COMPONENTS OF ELECTRODE ALLOY

For base material chosen the system Fe ndash Mn ndash C ndash B which allows to get in a structure carbides and metals boride that promotes hardness wearproofness thermal stability and corrosive firmness considerably [6]

Basis of coverage (iron) is a main element which is included in composition of toolpiece and forms hard solutions compounds and carbides A carbon and coniferous boron form with iron an eutectic and also ultrastrong carbides and boride In addition it has high enough diffusive penetrating in the process of satiation of basis of coverage and as marked higher they effectively form hard solutions and compounds Borides also high firmness to the abrasive wear as compared to refractory carbides and oxides [7]A manganese have high properties of bringing together with iron and can easily replace it in carbides simultaneously promotes plasticity and their dispersion at the maintainance of high durability and thermal stability It also is a good carbide creative element

Is a manganese instrumental in displacement αrarrγconverting into the side of considerably lower temperatures Speed of flowing of diffusive processes which slows speed of transformation of austenite in martensit diminishes thus [6]

The analysis of diagrams of the state shows [6] that with the purpose of formation of coverages of eutectic type they must have the followings concentrations of elements (on weight)

860 974 iron

22 13 to the manganese

04 to a 15 carbon

to 35 coniferous boride

Accepting the alloy of Fe ndash Mn ndash C ndash B for basis in the range of concentrations which the eutectic melting (see higher) is at to it finished mixing such elements as a chrome and silicium that allowed substantially to promote the level of mechanical descriptions (hardness wearproofness) and corrosive firmness

37

As known introduction of silicium which is included in a solution with iron (to 15) substantially promotes hardness and limit of durability of alloy at high temperatures and at low - offers resistance corrosion Also does silicium narrow the limit α-solution (more than 3) an alloy up to the temperature of melting feels no phase transformations

Introduction of chrome from 6 to 20 considerably promotes corrosive firmness at to simultaneous influence of mechanical tensions[6]

It should be noted that mixing in refractory admixtures (does the temperature of melting of chrome and silicium exceed 1400 Co and 1500 Co accordingly) does not result in the increase of temperature of synthesis of coverage so as there is the partial melting of charge at their receipt but fusion which appeared muffles the not cut-in particles of powder-like mixture as though a diffusive redistribution is considerably initiator them on all volume of liquid phase [8 9]

A wearproof eutectic alloy was thus developed with the high enough level of physical - mechanical parameters [10] which is used for overcoating on a toolpiece

For the receipt of the indicated eutectic alloy such components are used Ч - 20 B2O3 Fe Mn FeCr FeSi Therefore harmful admixtures - sulphur phosphorus appear in his composition oxygen but other These harmful admixtures sharply reduce the complex of physical ndash mechanical properties of material because they take place on borders of grains and it does material fragile less plastic The results of researches assert that in material is phosphorus to 008 and sulphurs to 009

Consequently to promote the complex of physical - mechanical properties of material and with it official properties of toolpiece such as longevity wearproofness reliability volume of the taken off shaving to our opinion it is possible by introduction to his composition of new element which would have large bring together to phosphorus sulphur oxygen and other components and would provide cleaning of border of grains from these harmful admixtures

The analysis of literary data shows that one of the most effective elements lithium can come forward in such role [9] Mixture in to the alloy of lithium promotes mechanical properties and corrosive firmness the limit of fluidity and durability hardness rises in particular treatment gets better cutting [11] Lithium in steels and alloys having a high cognation to oxygen sulphur and phosphorus used for degassing and also for bundle sulphur and phosphorus [12 13] Introduction of lithium strengthens general desulfuration of alloy condense a structure near-by grains purges from phosphorus and excretions of oxide that the wearproofness promotes in an aggregate

Thus supposition is done that known and used by us in previous researches [14 15] the eutectic alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr for

38

the increase of firmness of cutting instrument at treatment of materials at alloying his lithium can give an additional positive effect in relation to firmness of cutting instrument

It should be noted that lithium with a groundmass (by iron) does not co-operate practically It follows from literary information that lithium does not dissolve in hard iron Boiling lithium (boiling point 1370 Co) erose the iron but diffusions of lithium in iron to 1200 Co it is not observed [12]

Like does lithium co-operate with a carbon which only at a temperature 165 Co forms an eutectic (at 01 on mass of lithium) [13] The analysis of diagrams of the state of lithium shows with a chrome and silicium that a to 5 (on mass) lithium does not have co-operation both in the liquid (two liquid liquids which are unmixed appear) and in hard state [13]

There is not information about co-operating of manganese with lithium We know well that a manganese without restriction dissolves in iron both in the liquid and in hard state thatrsquos why probability of co-operation of it with lithium absents practically Boride at co-operating with lithium in correlation 16 forms black powder Research X-ray structural show that powder is mixture of the coniferous of boride and unidentified boride of lithium [13] It is therefore impossible to do a certain conclusion neither about his composition nor about his structure

It is possible to draw conclusion from higher said that with basic components which form eutectic material of the system Fe-B-Mn-C-Si-Cr lithium does not co-operate practically what can not be said about harmful admixtures which appear in this alloy at his synthesis At co-operating of lithium with sulphur does the sulfide of lithium (Li2S) appear at the temperature of melting 975 Co [13]

Phosphorus with lithium forms two phosphides of LiP and Li3P at what Li3P has a hexagonal grate as Ni3As ( a=4273 Aring s=7594 Aring) [13] Lithium well co-operates with oxygen forming oxides Lio2 has a face-centered cubic grate as CaF2 (a=4602 Aring) Li2O2 has a tetragonal grate ( a=549 Aring s=776 Aring) [13]

From literary sources evidently that lithium links harmful admixtures intensively that substantially can promote the level of physical ndash mechanical properties of eutectic material

2 FEATURES OF TECHNOLOGY OF CAUSING OF WEARPROOF COVERAGE AN ELECTRO-SPARK ALLOYING

As known electro-spark treatment of metals in particular an electro-spark alloying of metallic surfaces is based on the use of the phenomena which accompany instantaneous liberation of electric energy This process is characterized the high temperature of incandescence of spark by ionization of interelectrode space

39

As at ESA the short at times impulses of electric current flow by duration from 10-3 to 10-5 seconds taking of heat on an electrode from the place of digit to periphery is not provided the heat-conducting of metal and due to it the small volumes of superficial layer are added sharp fluctuations in a temperature ndash from the temperature of boiling of metal of electrode to the temperature in a few ten of degrees

As a result of it at first the change of structure of superficial layer of metal takes place secondly the presence of high ionization of interelectrode interval creates necessary terms for flowing on the metallic surface of chemical reactions which causes the change of composition of superficial layer of metal

The result of ESA depends on

technological parameters (electric mode and specific time)

optimum combination of materials of electrode and processed good

external of the processed good environments

qualifications of operator

The electric mode which is determined the size of energy which is selected in an interelectrode interval influences on intensity of process of ESA that is why there is a necessity to manage this size in the operating setting of ldquoElitron-20rdquo The different modes of treatment which engulf the considerable range of powers both for realization of ldquoroughrdquo are for this purpose foreseen and high-precision processes of ESA

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimeters of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maхimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximum limit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

The different modes of treatment are used depending on requirements to the processing surface its cleanness wholeness thickness and porousity of the inflicted layer and also to the possible size of transitional area (thermal affected zone which is located under a superficial layer in which diffusive processes take place) On the minimum modes of treatment that than less energy of impulses of current the less is a thickness of layer got

40

in time unit on unit of surface but the top quality of the inflicted coverage The small thickness of transitional area (especially on the tempered materials) takes place in this case and the inflicted superficial layer is most closeness and his surface is cleaner in all Very often it follows to give advantages the fixed skims than to get thick layers which are more porous and more fragile The maximum modes of treatment (when more energy is selected in every single impulse) result in the transfer of greater portion of material Mainly the thickness of coverage makes 10200 mkm with the height of inequalities of type within the limits of Ra of =25100 mkm by a wholeness more than 80

In quality electrodes different condactive materials are used

The effect of ESA largely depends on external of good environments During working as a toolpiece which is fixed ESA by a method often intensification of the cutting modes is instrumental in the additional increase of firmness A not less value for achievement of positive results of application of ESA has qualification of operator To failings which arise up during unskilled labour flashing off of cuttings verges low wholeness and unevenness of coverage presence of humps belong and temperings

Taking into account it is all higher said in quality the sequence of works for ESA of cutting instrument and laboratory standards the following flowsheet was accepted (Fig 1) preparation of surface of the fastened good direct treatment of ESA of this surface on the certain modes of technological process control of quality of the inflicted coverage

Quality of the fixed layer of cutting instrument especially durability of his tripping with basis substantially depends on preparation of cutting verge of chisel The process of preparation of surface is included by two stages depriving of fat and tooling of surface for overcoating Depriving of fat carried out in well-known solvents (except for ethyl petrol to the acetone and others like that) After depriving of fat removed tracks of corrosion possible dross other contaminations by polishing and took a surface to metallic brilliance

As a result of numerous tests of process of ESA by an eutectic electrode on setting of Elitron-20 with different technological parameters the most optimum modes of causing of an electro-spark coverage were accepted on the cuttings edges of cutting instrumentcapacity of story condensers of C = 470 mkF amplitude of impulses of tension on the condensers of U = 42 B working current of Ip=5 A energy of high bit of W = 037 JouleSuch regime parameters are accepted as a result of the detailed analysis of influence of the factors described higher on the process of ESA

On the cutting instrument of electro-spark coverage after the given modes it is accepted the basic stages of technological process of causing

rapprochement an anode (to the electrode) is with a cathode (by good)

41

hasp of workpiece-to-electrode

decatenation from to the anode of drop of molten metal

explosion of molten drop

besieging of material an anode is on a cathode

a contact of electrode is with the surface of good

divergence of electrode is with the surface of good

Control of quality of the inflicted electro-spark coverage was carried out an external review and 4-10 x whether by magnifying glass (ГОСТ 8309-75)

Preparation of detail

Depriving of fat of surface

of detail

Avoil

Preparation of equipment is for causing of EIL

Choice of the modes of operations of EIL

Establishment

Cathode of detail is on a

metallic surface

Fixing in the

vibrator of Anode

electrode material

Rapprochement an anode is with a

cathode

-----------------------------

Causing of EIP is on a

detail

Control of quality of an electro-spark coverage

Magnifying glass

42

Fig 1 Technological flow-chart of causing of an electro-spark coverage

3 STRUCTURE AND BASIC PHYSICAL ARE MECHANICAL PROPERTIES OF ELECTRODE ALLOY AND WEARPROOF ELECTRO-SPARK COVERAGE

Erosive firmness of eutecticum alloys in the process of ESA depends on the row of physical and thermal constants of alloying elements which characterize force of interatomic connection and inflexibility of crystalline structure of alloy that those factors which influence on correlation of liquid and hard phases in the products of erosionWill mark that transference of electrode material at ESA is carried out actually in liquid and hard forms that promotes descriptions of mass transfer and improves quality of surface A presence in the structure of eutecticum alloy of fusible eutecticum is predetermined by an increase as compared to the tungsten alloy of erosion an anode and increase a cathode in 23 times The coefficient of transfer is here increased to 93 [ 16]

The fractographies of fracture of eutectic electrode alloy are presented on Fig 2 The fracture of alloy in swingeing majority has viscidly plastic character with the strongly ramified structure of surface

Specific time of alloying (time is in minutes that it is outlaid on treatment of square centimetre of surface) is closely related to the electric modes

On more powerful modes in the first minutes of work of causing of metal carried out most intensively transference is slowed consequently halted Subsequent work results in destruction of the inflicted layer and sometimes and to material of the processed good Thus remaining time of treatment on the powerful and middle modes is not instrumental in causing of new layer and to destruction of initial surface

The size of time at which coverage takes place maksimum depends on properties of materials which are inflicted and processed Minimum limit of time of treatment allows to get continuous coverage of all surface maximumlimit results in the decline of transfer of metal on good a surface very deteriorates as a result humps appear and temperings

a) b)

43

Fig 2 Fractographies of fracture of electrode eutectic alloy (a b) x 300 An image is in the second electrons

Spectroscopy researches of eutectic electrode alloy by the method of electronic spectroscopy rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles which was added an analysis In a spectrum there are all basic chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy Except for it high sensuality of method to the easy elements in the high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in very small concentrations

The standards of electrode alloy as fine-grained conglomerates for providing of reliable output of current pressed in in an indium The presence of indium in this spectrum is explained to intentional out-of-focus the probe of to 50 nm for determination of content of elements for the surfaces of fracture A form and size of peaks of oxygen and carbon (as to the antagonist of process of oxidization) allows to think about the low degree of oxidization of surface of fracture

Study of coarse-fine low power part of spectrum allowed to find out weak lances This phenomenon can be explained a segregation on-the-spot fracture of elements with high diffusive mobility such as sulphur and phosphorusIn the resulted spectrum of lance of electrons of iron imposed with high exactness on basic lances of manganese which does uttery difficult their division with the purpose of quantitative analysis

Complete record of distributing of chemical elements stabilizing of them served as a criterion on the depth of standard On border of distributing (transitional layer) formation of tape of oxide took place in the process of making of standard

By a X-ray phase analysis in the standard of electrode alloy found out four phases (table 1)

Table 1Crystalgeometrical of description of structural constituents in an electrode alloy

Phase Spatial

group Size of crystalline grate nm

а b С

1 - Fe Im3m 02867(1) - -

2 Fe3(CВ) Pbnm 04572(1) 05110(1) 06713(1)

3 Fe2B I4mcn 05115(1) - 04249(1)

44

Basic phase - α-Fe with the period of body-centred cube (BCC) grate ndash 2867(1)Aring For quantitative composition such phase is register the phase of type of cement carbide with a rhombic grate - Fe3(CB) (a=4572(1)Aring b=5110(1)Aring c=6713(1)Aring) Taking into account the difference of the resulted periods of grate in relation to such in clean Fe3C it costs to assume that in our case substituted for part of atoms of Fe other atoms (Mn Cr)The third registered phase in a feedstock for an electro-spark alloying was a tetragonal phase of boride iron - Fe2B (a=5115(1)Aring s=4249(1)Aring)Other lines (tabl1) which remained on the diffractogram of initial standard satisfactorily index within the framework of rhombic structure of isomorphic cement carbide in which substituted for a carbon silicium - Fe3(SiB) (a=4468(1)Aring b=5335(1)Aring s=6670(3)Aring)It should be noted that there is a two-bit of austenite in a standard however much all his lances coincide with the strong imprints of other registered phases

Thus as a result of researches of structural constituents of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li and it basic physical ndash mechanical properties it is set that the eutectic of Fe-B-C will be realized in this system Will mark as chance offers that the basic system Fe-Mn-C-B has two eutectic areas [6] the eutectic of Fe-Mn-C and Fe-B-C can be realized in whichTherefore given higher in a table a 1 phase composition of eutectic electrode alloy substantially differs from phase composition of eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr (is there a presence in the α - Fe and γ - Fe manganese carbide of iron of Fe04Mn36C and Fe3C) which was used for causing of ESC during the leadthrough of comparative researches of wearproofness of instrumental steels Concerning ESC got from the eutectic electrode alloy of the system Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li it should be noted that phase composition of such coverage is adequate phase composition of eutectic electrode alloy but structurally ESC and in this case has the appearance of ldquowhite layerrdquo

The characteristic type of the inflicted electro-spark coverage with the use of eutectic electrode material is rotined the method of ESA on Fig3

Fig 3 General view of electric spark coverage of inflicted ESA (x 70)

4 Fe3(SiB) Pbnm 04468(1) 05335(1) 06670(3)

45

Erosive fossulas which appear under an action on metal ground of high bits take shape which depends on the diameter of electrode and angle of his slope to the plane of basis The diameter of fossulas made 05hellip08 mm depth of penetration in basis of 80 ndash 120 mkm width of the thermal affected (TIZ) of 70hellip100 mkm zone Within the limits of TIZ there is growing of grain shallow under the action of a spark digit The same and also by the involuntary extrass of material outside a fossula the presence of microcracks is explained on the bottom of fossula and them too uneven microrelief

On the next stage of researches conducted the estimation of tribocharacteristic of an electro-spark coverage (ESC) on the machine of friction of СМЦ ndash 2 which was carried out at the friction of chisel with a counterbody at different speeds (6 ms and 9 ms) and loading 20 H Time made works 300 seconds The wearproofness of chisels was estimated after a gravimetric wear by coverages

Results rotined that maximum values of concentration of elements of the basic system Fe ndash Mn ndash C ndash B is chosen coming from possibility of receipt of alloys of eutectic type in obedience to the diagram of the state [6]

Content of additional alloying elements (to the chrome silicon) is limited possibility of receipt of alloys with an eutecticstructure and enhanceable physical ndash mechanical properties of coverage which is well described in-process [6]

That touches an alloying element (to lithium) his introduction to composition of material less than 03 inadvisable because this concentration does not allow fully to remove (to link) harmful admixtures such as P S O2 that take place on borders of grains The effect of introduction of lithium goes down these in composition of electrode material

Exceeding of maximum value of lithium (115 on mass) also worsens the level of mechanical and operating properties of coverage due to appearance in his structure of free (unconnected) lithium because it practically does not co-operate with basic alloying elements It sharply

46

reduces descriptions of durability of alloy and worsens wearproofness of coverage

Optimum physical ndash mechanical descriptions of coverage from point of wearproofness take place at the following composition of components of electrode material C - 08 Mn ndash 35 B ndash 255 Si ndash 278 Cr ndash 975 Li ndash 085 Fe are other correlation of BLi is 31 Thus the high values of wearproofness are marked both in the case of application of steel of U8 and to steel of R6M5

CONCLUSIONS

1 Among eutectic alloys which are recommended for causing the method

of EIL after it physical-mechanical by descriptions a main place is

occupied by materials of the system Fe ndash Mn ndash C ndash B alloyed different

additions which promote their hardness corrosive firmness and

wearproofnessTo the lacks of the indicated systems behaves

circumstance that at the synthesis of these coverages such harmful

admixtures appear in their structure as sulphur oxygen phosphorus

and other which substantially reduce the level of official descriptions of

coverages as a result of their fragilityIntroduction of lithium to

composition such the coverages allows substantially to reduce

negative influence of harmful admixtures From literary information

evidently that lithium is a good deoxidant purges a structure from

phosphorus and promotes desulphuration of alloy that is why

introduction of it to the eutectic alloys can give a positive effect on the

increase of firmness of cutting instrument

2 Technology of receipt of wearproof coverage is offered by the method

of the electro-sparkle alloying with application of eutectic electrode

materials with the admixtures of lithium The optimum modes are set

for technologies of causing of a wearproof electro-spark coverage on

the cuttings verges of cutting instrument

3 Research of eutectic alloy by the method of electronic spectroscopy

rotined a high equitability chemical elements for the areas of particles

which was added an analysis In a spectrum there are all basic

chemical elements which enter in the complement of this eutectic alloy

Except for it high sensuality of method to the easy elements in the

high-current mode allowed to fix the presence of lithium in an alloy in

very small concentrations

4 X-ray phases did the analysis of eutectic alloy rotin the presence of

phases α- Fe Fe3(BC) Fe2B Fe3(SiB) At research of wearproof

47

coverage registered sciagraphy except for imprints α - Fe γ ndash Fe

maximums of oxide of Fe3o4 After the removal of superficial layer of

coverage of lance of the indicated oxide not registered Are there three

phase constituents on the diffractograms of the polished standards α -

Fe γ ndash Fe and Fe3(B C) Does the amount of austenite make thus ~

5

REFERENCES

1 ВерхотуровАД АлфинцеваРА РогозинскаяАА идр

Свойстваизносо-стойкихпокрытийизэвтектическихсплавовхром ndash

карбид Порошковаяметаллургия- 1984- 3- С 45-50

2 Электроискровое легирование стали безвольфрамовыми

сплавами Коваль-ченко МС Паустовский АВ Кириленко СИ

Середа НН Цыбань ВА Белобородов ЛН Порошковая

металлургия-1984-6-С 47-50

3 Голубец ВМ Пашечко МИ Принципы создания и особенности

формирования эвтектических покрытий из жидкой фазы ФХММ

ndash 1984-6-С 25-29

4 Голубец ВМ Долговечность эвтектических покрытий в

коррозионных средахndashК Наук Думка 1990 ndash 118 с

5 Глухов ВП Боридные покрытия на железе и сталиndash

КНаукДумка1970ndash208 с

6 Пашечко МИ Голубец ВМ Чернец МВ Формирование и

фрикционная стойкость эвтектических покрытий- К Наук

Думка1993 ndash 344 с

7 Пашечко МИ Голубец ВМ Способ получения эвтектических

термо-диффузионно-наплавленных покрытийМеталловедение и

термобрабметаллов- 1989-6-С26-30

8 Голубец ВМ Пашечко МИ Износостойкость покрытий из

эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-B ndashК Наук Думка- 1989ndash

160 с

9 Мальцев МВ Металлография тугоплавких редких и

радиоактивных металлов и сплавовМ Металлургия 1971-487 с

10 Голубець ВМ Білоус ОВ Триботехнічні властивості зміцнених

електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей

при точінні деревинних матеріалів Науковий вісник Збірник

48

науково-технічних праць ndash Львів УкрДЛТУ ndash 2002- Вип 122 -

С 107 ndash 116

11 Свойства лития Гришин ВК Глазунов МГ Аракелов АГ

Вольдейм АВ Македонская ГС ndash М Металлургиздат 1963 ndash

115 с

12 Хансен М Андерко К Структуры двойных сплавов ndash М

Металлургиздат 1962 Т2ndash 707 с

13 Эллиот РП Структуры двойных сплавовndash М Металлургия 1970

ndash 642 с

14 Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості

ріжучого інструменту Білоус ОВ Голубець ВМ Юга ОЙ Гасій

ОБ Науковий вісник Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ

століття наука освіта технології ndash Львів Престиж інформ -

1999- Вип 95 ndash С 239-245

15 Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні

деревини Білоус ОВ Голубець ВМ Гасій ОБ Юга ОЙ

Науковий вісник ndash Львів УкрДЛТУ 2000- 111 ndash С 88-89

16 Гасій ОБ Розробка евтектичних електродів для електроіскрового

зміцнення деталей машин і оснащення Автореф дисhellip канд техн

наук 050201 ФМІНАН України ndash Львів 1993 ndash 16 с

49

Inż BolestaJoanna Dr inż CzekalskiDariusz

Katedra Podstaw Inżynierii Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Charakterystyka zmienności natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za

pozycją Słońca w latach 2006 ndash 2010 The variation characteristic of the solar irradiation on the

tracking plane in years 2006 ndash 2010

SUMMARY

The aim of the study concerns the statistical analisys of hourly values of the solar irradiance coefficient of variation on the tracking plane based on data provided by the Faculty of Production Engeenering of Warsaw University of Life Sciences in years 2006 ndash 2010 The registered irradiance measures expressed in Wm2 are conducted every minute in use of pyranometers on three different planes horizontal southern and tracking plane The effects of this consideration are helpful due to the efficiency evaluation of the tracking plane functioning and also to the elimination of measurement errors connected with the Sun ndash tracking device The improvement of solar heating systems efficiency comes along with the increasing interest in renewable sources of energy in which solar radiation energy considered as the clean green energy and practically unlimited stands for one of the most crucial positions in Poland

WSTĘP

Silna i rozwinięta gospodarka energetyczna stanowi fundament prawidłowego funkcjonowania zaroacutewno w sferze globalnej jak i lokalnej każdego państwa i regionu Jednak duży postęp technologiczny ktoacuterego następstwem jest coraz większe zużycie energii wiąże się także ze stałym zmniejszaniem się zasoboacutew nieodnawialnych źroacutedeł energii Obecnie obserwuje się dwie tendencje dotyczące gospodarowania energią Pierwsza z nich dotyczy poprawy efektywności wykorzystania konwencjonalnych źroacutedeł energii oraz racjonalnego ich eksploatowania Druga natomiast określa rozwoacutej gospodarki energetycznej w kierunku odnawialnych źroacutedeł energii (OZE) ktoacutery determinowany jest przez akty prawne Unii Europejskiej (Pakiet Klimatyczny tzw 3x20) bądź Protokoacuteł z Kioto czyli międzynarodowe porozumienie w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałania tzw globalnemu ociepleniu [1] [2] Najważniejszym źroacutedłem energetycznym warunkującym procesy w atmosferze Ziemi jest Słońce Jako źroacutedło energii Słońce cechuje się niewyczerpalnością zasoboacutew energetycznych oraz największym potencjałem

50

wykorzystaniaw większości miejsc na Ziemi co zaowocowało szybkim rozwojem solarnych systemoacutew energetycznych Aktualnie energetyka słoneczna opiera się na poprawie efektywności i sprawności urządzeń oraz systemoacutew instalacji solarnych cieszy się jednak niesłabnącym zainteresowaniem oraz pozostaje dynamicznie rozwijającym się przemysłem [3] [4]

CEL ZAKRES I METODYKA PRACY

Do celu i zakresu pracy należy wyznaczenie prezentacja oraz analiza godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności natężenia promieniowania słonecznego (irradiancji) padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca w miesiącach lipcu i październiku lat 2006 ndash 2010 Materiałem źroacutedłowym jest baza pomiarowa zawierająca dane zarejestrowane ze stanowiska badawczego znajdującego się na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wspoacutełczynnik zmienności definiowany jest jako stosunek wartości odchylenia standardowego do średniego natężenia promieniowania słonecznego Rejestrowane co 1 minutę wyniki pomiaroacutew natężenia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera oraz parametry opisujące temperaturę wilgotność oraz prędkość wiatru zapisywane są jako dobowe pliki programu LBX W wyniku konwersji danych otrzymano bazę arkuszy kalkulacyjnych MS Excel z okresu rozważanych pięciu lat zawierających wartości zarejestrowanego natężenia promieniowania słonecznego Do przeprowadzenia analizy wyznaczonych w kolejnych etapach parametroacutew statystycznych obliczono prawdziwy czas słoneczny dla każdego odnotowanego lokalnego czasu wykonania pomiaru zgodnie z matematycznymi zależnościami W każdym z arkuszy kalkulacyjnych wyznaczono zadane zmienne godzinowe w odniesieniu do wyznaczonego prawdziwego czasu słonecznego przy wykorzystaniu funkcji statystycznych programu MS Excel Obliczono w rezultacie godzinowe średnie natężenie promieniowania słonecznego odchylenie standardowe medianę oraz wspoacutełczynnik zmienności

OBIEKT BADAŃ

Dane empiryczne będące podstawą do analizy wspoacutełczynnika zmienności rejestrowane są na stanowisku badawczym zlokalizowanym na Wydziale Inżynierii Produkcji Szkoły Głoacutewnej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przedstawionym na fotografii 1

51

Fot 1 Stanowisko badawcze na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW (opracowanie własne 2010)

Pomiary całkowitego natężenia promieniowania słonecznego tj bezpośredniego i rozproszonego wykonywane są przy użyciu pyranometroacutew ktoacutere rejestrują wyniki z trzech roacuteżnych płaszczyzn poziomej południowej oraz nadążającej za pozycją Słońca Ponadto w skład stanowiska badawczego wchodzą czujniki temperatury wilgotności oraz parametroacutew wiatru Pomiary rejestrowane są w odstępach 1 minuty a następnie przewodowo przesyłane do odpowiednich konwerteroacutew i komputera gdzie jako przekonwertowane pliki programu LBX firmy LAB-EL zapisywane są jako pliki dobowe ktoacutere umożliwiają stały podgląd mierzonych parametroacutew według kryterioacutew czasu i wybranej ekspozycji także w formie obrazowej tj wykresoacutew Na fotografii 2 przedstawiono pracownię pyranometryczną z ktoacuterą zintegrowane jest stanowisko badawcze Elementem zasadniczym z punktu widzenia niniejszego artykułu jest pyranometr CM 3 dokonujący pomiaru natężenia promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą za pozycją Słońca Na fotografii 3 przedstawiono pyranometr CM 3 znajdujący się na stanowisku pomiarowym na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW

52

Fot 2 Pracownia pyranometryczna WIP (opracowanie własne 2010)

Fot 3 Pyranometr CM 3 śledzący pozycję Słońca stanowisko WIP (opracowanie własne 2010)

WYNIKI ANALIZ I OBLICZEŃ

Przykładowe zestawienie wynikoacutew obliczeń wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca lipca roku 2010 zamieszczono w tabeli 1 Analogiczne opracowania wykonano dla wszystkich miesięcy lipca i października z lat 2006 ndash 2010 Wyniki badań uwidaczniają pewną tendencję dotyczącą zależności natężenia promieniowania słonecznego i wspoacutełczynnika zmienności Przy niskich wartościach natężenia promieniowania

53

słonecznego obserwuje się zaroacutewno wysokie wartości zmienności jak i bardzo niskie Wynika to z faktu iż dotyczy to dni o dynamicznie zmieniającym się zachmurzeniu lub o długotrwałych okresach pełnego zachmurzenia Warto zauważyć że przy wysokim stopieniu zachmurzenia dokładne śledzenie ruchu pozornego a w rezultacie pozycji Słońca nie skutkuje wzrostem odnotowanych sum promieniowania słonecznego

Tab 1 Wspoacutełczynnik zmienności lipiec 2010 (opracowanie własne)

Dzień

Godziny czasu słonecznego

6-7 7-8 8-9 9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

1 102

064

029

045 001 039 045 054 045 068 052 038 017

2 009

003

004

002 001 017 001 020 002 002 002 004 009

3 004

005

006

053 049 044 031 014 002 042 045 093 097

4 015

052

039

039 031 021 026 045 047 037 056 041 094

5 064

003

039

059 047 070 068 044 048 010 011 005 045

6 005

006

028

041 062 028 036 028 059 077 013 011 063

7 033

034

047

047 051 060 059 055 038 050 039 020 030

8 028

034

038

020 015 038 034 041 036 039 040 028 054

9 005

004

006

002 002 017 004 004 010 006 005 005 010

10 004

003

002

001 002 016 004 001 001 002 009 017 018

11 005

003

002

015 001 001 001 001 001 001 002 006 011

12 006

003

002

040 037 031 030 029 044 004 011 006 014

13 013

030

049

010 046 026 035 013 044 032 041 096 081

14 009

029

003

009 007 036 064 044 095 078 048 024 049

15 007

003

002

001 003 030 017 010 002 002 021 011 041

16 060

040

050

004 001 014 031 006 022 021 059 070 020

17 007

004

002

001 030 030 035 021 012 052 017 009 053

18 059

062

039

035 057 024 012 043 023 021 025 064 051

19 025

016

031

052 021 022 029 011 023 027 037 041 036

20 11 09 02 029 023 047 069 048 028 034 025 057 057

54

3 3 7

21 009

004

028

017 018 038 042 025 014 004 024 047 050

22 008

004

002

001 001 001 001 021 001 003 004 009 025

23 012

004

002

001 001 001 004 042 027 039 032 073 052

24 044

076

085

054 039 018 034 046 047 045 082 054 080

25 053

085

041

032 035 034 051 054 036 077 078 018 071

26 033

025

046

016 021 021 032 041 016 022 031 035 023

27 030

023

044

016 013 014 027 016 032 026 023 036 053

28 049

045

021

030 030 037 047 034 048 034 038 070 059

29 019

065

027

033 052 039 077 059 054 032 017 028 047

30 048

035

068

039 033 035 036 027 044 028 031 047 026

31 062

082

034

045 043 044 040 101 052 039 036 024 089

Wykres 1 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu lipcu na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 11 do 12 Jednocześnie ilustruje on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wraz z upływem dnia od godziny 9 w lipcu rosną wartości wspoacutełczynnika zmienności

Wyk 1 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Lipiec 2006 - 2010

0

100

200

300

400

500

600

700

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

025

030

035

040

045

050

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

55

Na wykresie 2 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje w jakim stopniu wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepszym pod względem zmienności okazał się rok 2006 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego w poszczegoacutelnych godzinach

Lipiec 2006 - 2010

0

01

02

03

04

05

06

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

Wyk 2 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca lipca w danej godzinie czasu słonecznego (opracowanie własne)

Wykres 3 przedstawia zestawienie średnich wartości natężenia promieniowania słonecznego zarejestrowane w miesiącu październiku na przestrzenia lat od 2006 do 2010 opracowanych dla godzin czasu słonecznego Najwyższa wartość natężenia promieniowania słonecznego przypada w godzinie od 12 do 13 Jednocześnie przedstawia on tendencję średnich godzinowych wartości wspoacutełczynnika zmienności dla wszystkich badanych lat oraz miarę jego zmienności Wartość wspoacutełczynnika zmienności dla miesiąca października na przestrzeni badanych lat osiąga relatywnie stałe wartości w godzinach od 9 do 15 Od wschodu Słońca do godziny 9 oraz od godziny 15 do zachodu Słońca obserwuje się gwałtowny wzrost zroacuteżnicowania wynikoacutew pomiaroacutew

56

Wyk 3 Średnie wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz tendencja wspoacutełczynnika zmienności dla okresu 5 lat (opracowanie własne)

Na wykresie 4 poroacutewnano wspoacutełczynniki zmienności badanych lat Wspoacutełczynnik zmienności pokazuje stopień w jakim wyniki w danych przedziałach odbiegają od wartości oczekiwanych Im niższy wspoacutełczynnik zmienności tym pewniejszy wynik szacowania Najlepiej pod względem zmienności wypada rok 2010 w ktoacuterym zanotowano największe wartości natężenia promieniowania słonecznego

Wyk 4 Zestawienie wartości wspoacutełczynnika zmienności badanych lat miesiąca października w danej godzinie czasu słonecznego

(opracowanie własne)

Wykres 5 przedstawia wyniki poroacutewnawcze wartości średniego natężenia promieniowania słonecznego na płaszczyźnie nadążnej miesięcy lipca i października na przestrzenia badanych pięciu lat od roku 2006 do 2010 Opracowanie dla miesiąca lipca przeprowadzano od godzin od 6 do 18 Poroacutewnanie obejmuje godziny od 7 do 17 według analizowanych godzin dla

Październik 2006 - 2010

0

50

100

150

200

250

300

350

400

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

020

030

040

050

060

070

080

090

Ws

poacute

łczy

nn

nik

zm

ien

no

śc

i [-

]

średnie natężenie średni wspoacutełczynnik zmienności odchylenie wspoacutełczynnika zmienności

Październik 2006 - 2010

02

03

04

05

06

07

08

09

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

2006 2007 2008 2009 2010

57

października Godziny przed 7 oraz po 17 nie dają znaczących wartości do poroacutewnywania przy tak zroacuteżnicowanych miesiącach W przypadku obu miesięcy największe natężenie promieniowania słonecznego przypada na przedział czasowy od 11 do 12 godziny czasu słonecznego

Wyk 5 Poroacutewnanie średniego natężenia promieniowania słonecznego w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Krzywe na wykresie 6 opisują zmienność wynikoacutew badań dla analizowanych miesięcy w okresie pięciolecia Wyniki dla miesiąca lipca odbiegają nieznacznie od wartości oczekiwanych Znacząca roacuteżnica między zestawionymi miesiącami jest zauważalna w godzinach wczesno porannych oraz godzinach wieczornych

Wyk 6 Poroacutewnanie wspoacutełczynnika zmienności w danych godzinach badanych miesięcy na przestrzeni badanych lat

(opracowanie własne)

Lata 2006 - 2010

5074

59966337 6372 6432

6173 60325884

5386

4712

950

2308

2945

34673721 3767

3454

2809

1906

884

0

100

200

300

400

500

600

700

7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17

Godziny czasu słonecznego

Na

tęże

nie

pro

mie

nio

wa

nia

[W

m2]

lipiec październik

Lata 2006 - 2010

022025

028031

036 037 036 037

039

034031

034 036 037

041

054

0

01

02

03

04

05

06

8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Godziny czasu słonecznego

Ws

poacute

łczy

nn

ik z

mie

nn

ci [-

]

lipiec październik

58

WNIOSKI

1 Energetyka słoneczna oraz inne odnawialne źroacutedła energii stanowią

alternatywę dla stale kurczących się zasoboacutew paliw wyczerpywalnych

Udział energii z OZE w gospodarce energetycznej jest ponadto

regulowany aktami prawnymi ustawami oraz dyrektywami Unii

Europejskiej

2 Przedmiotem rozważań była analiza zmienności natężenia

promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę nadążającą

za pozycją Słońca w ujęciu wartości godzinowych Baza pomiarowa

obejmowała dane rejestrowane w latach 2006 ndash 2010 na Wydziale

Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie Przeprowadzone obliczenia

są pomocne w ocenie efektywności pochłaniania promieniowania

słonecznego

3 Lipiec na przestrzeni badanych lat charakteryzuje się wspoacutełczynnikiem

zmienności na poziomie 022 divide 037 natomiast w październiku

wartości oscylują w granicach 031 divide 054 Wyniki lipcowe świadczą

o roacutewnomiernym docieraniu promieni słonecznych do odbiornika

w ciągu badanego okresu W październiku zaś obserwuje się stały

charakter przebiegu krzywej wspoacutełczynnika zmienności w kształcie

litery U Wysokie wartości w godzinach porannych i wieczornych

wywołane są kroacutetszym niż w przypadku lipca czasem operacji

słonecznej

4 Dla obu rozpatrywanych miesięcy wspoacutełczynnik zmienności wraz z

upływem kolejnych godzin dnia rośnie Maksymalną wartość osiąga on

w lipcu w godzinie 13-14 oraz 15-16 i wynosi 037 natomiast

w październiku między godziną 15 i 16 woacutewczas roacutewny jest 054 Taka

roacuteżnica odzwierciedla roacutewnież przebiegi godzinowych wartości

średnich oraz sum natężenia promieniowania słonecznego w ktoacuterych

październik charakteryzuje się dużą niestabilnością warunkoacutew

atmosferycznych i pogodowych w stosunku do lipca gdzie obserwuje

się relatywnie podobny dla wszystkich 5 lat rozkład natężenia

promieniowania słonecznego w ciągu dnia

5 W prognozowaniu efektywności oraz rezultatoacutew działania solarnych

systemoacutew grzewczych i ich stabilności zasadnicza jest analiza

wspoacutełczynnika zmienności Im jest on wyższy tym w dalszej

perspektywie większe komplikacje w zaimplementowaniu i osiągnięciu

prawidłowego standardu działania słonecznych instalacji grzewczych

Na podstawie przeanalizowanych miesięcy widoczna jest zależność

59

między wpływem określonego momentu w roku oraz

charakterystycznych dlań warunkoacutew atmosferycznych (zachmurzenie)

na tę zmienną statystyczną

BIBLIOGRAFIA

1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 200928WE z dnia 23

kwietnia 2009 r w sprawie promowania stosowania energii ze źroacutedeł

odnawialnych

2 Protokoacuteł z Kioto do Ramowej konwencji Narodoacutew Zjednoczonych z

dnia 11 grudnia 1997 r w sprawie zmian klimatu i przeciwdziałaniu

globalnemu ociepleniu

3 Pomierny W Możliwości wykorzystania energii promieniowania

słonecznego do celoacutew grzewczych w Polsce Centralnej Polska

Energetyka Słoneczna 12003

4 Kosieradzki J Kolektory słoneczne w polskich warunkach

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 62008

60

Brzezina Natalia

Warsaw University of Life Sciences

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI - Austrias green gold

SUMMARY

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI With its designation as a product of Protected Designation of Origin Styrian Pumpkin Seed Oil PGI joins the company of products such as Champagne Prosciutto di Parma Prosciutto di San Daniele Greek Feta Cheese and Nuumlrnberger Lebkuchen as one of the most well controlled elite and exclusive European specialities What is significatnt is that the whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

INTRODUCTION

Quality is an issue for every farmer and buyer whether dealing with commodities produced to basic standards or with the high-end quality products in which Europe excels EU farmers must build on high quality reputation to sustain competitiveness and profitability EU law lays down stringent requirements guaranteeing the standards of all European products In addition EU quality schemes identify products and foodstuffs farmed and produced to exacting specifications Thus three EU schemes known as PDO (protected designation of origin) PGI (protected geographical indication) and TSG (traditional speciality guaranteed) promote and protect names of quality agricultural products and foodstuffs

The Protected Geographical Indication (PGI) is the name of an area a specific place or in exceptional cases the name of a country used as a description of an agricultural product or a foodstuff

which comes from such an area place or country

which has a specific quality goodwill or other characteristic property attributable to its geographical origin

whose production processing or preparation takes place within the determined geographical area

In other words to receive the PGI status the entire product must be traditionally and at least partially manufactured (prepared processed OR produced) within the specific region and thus acquire unique properties

61

During The Summer Academy on ldquoSustainable Utilization of Renewable Resourcesrdquo organized by The University of Graz (Austria Bundesland Styria) I came across an enormously exclusive and luxurious product called Styrian Pumpkin Seed Oil PGI No product is as inseparably connected to Styria through its development and production as Styrian Pumpkin Seed Oil PGI Therefore these regional ties should be preserved in order to protect this typical Styrian speciality Hence in 1996 the EU-Commision declared Styrian Pumpkin Seed Oil PGI as a Protected Geographical Indication with article 5 VO(EWG) Nr 208192 The whole production chain system of the specialty is precisely designed and should be a exemplar for other manufacturers of such food products

DESCRIPTION OF THE PRODUCT

The Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a dark viscous edible oil used mainly as salad oil Produced from Styrian pumpkin seeds (Cucurbita pepo var styriaca) which grow without skin using a gentle pressing process The oil is rich in polyunsaturated fatty acids and different highly nutritious ingredients

Styria is a state or Bundesland located in the southeast of Austria In area it is the second largest of the nine Austrian federal-states covering 16388 kmsup2 It borders Slovenia as well as the other Austrian states of Upper Austria Lower Austria Salzburg Burgenland and Carinthia The population (as of 2006) was 1203986 The capital city is Graz Styrian pumpkin seed oil is pressed exclusively in the traditional area in the southern Styria (administrative districts of Deutschlandsberg Feldbach Fuumlrstenfeld Graz and environs Hartberg Leibnitz Radkersburg Voitsberg and Weiz) and in the southern Burgenland (districts of Jennersdorf and Guumlssing) but the skinless pumpkin seed are also cultivated (but nor pressed) by the farmers form some parts of Lower Austria (administrative districts of Hollabrann Horn Mistelbach Melk Gaumlnseradorf - only in the judicial district of Zistersdorf- and Komeuburg-Stockerau - only in the judicial district of Stockerau)

The development of Styrian pumpkin seed oil is closely linked to the history of Styria It has been proved that oil was being pressed from pumpkin seeds as early as the 18th century The traditional pressing process and the cultivation of skinless pumpkin seeds developed in Styria Mechanisation of harvesting and processing also developed there

The predominantly moist warm climate in the cultivated areas (Illyrian lower alpine climate in Styria) means that the Styrian oil pumpkin does not ripen until autumn This produces the high unsaturated fatty acids content Cultivation plays a major economic role in the abovementioned areas maintaining the small farm structure there (cultivated area at present around 10 000 hectares) The production of Styrian pumpkin seed oil is an important employment factor and provides income for about 70 commercial

62

oil mills in adjacent areas threatened by depopulation Additionally the consumers prefer Styrian pumpkin seed oil

PRODUCTION TECHNOLOGY

Tradition plays an especially important role in the production of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI The farmers and oil pressers continue to depend on traditional production practices all the while mixing new technology with their traditional knowledge Because of this traditional philosophy the import of exotic pumpkin seeds is strictly avoided and only domestic pumpkin seeds are used in this product

It all begins with the sowing of the seeds in rows in the end of April or beginning of May The rows are spaced so that it is possible for a mechanical hoe to easily till the soil between them Depending on the weather conditions the harvest takes place between the middle of September and the middle of October When the seeds are planted on smaller fields they are still harvested by hand but when planted on larger fields the seeds are harvested by machines The yield reaches around 400 ndash 900kg pumpkin oil seeds per 1 hectare After they are harvested the seeds are directly washed and dried Then the dried and so well storable seeds are then freshly pressed when the oil is needed Approximately 25-3 kg of these shell-less pumpkin seeds are necessary for 1 Liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI

To the dried ground kernels fresh water and table salt is added to form a soft pulp The pulp is roasted for up to 60 min at temperatures around 100degC which results in coagulation of the protein fraction and permits convenient separation of the lipid fraction by pressing This roasting process is responsible for the generation of the typical aroma of the end product The subsequent pressing process is performed under isothermal conditions at pressures between 300 and 600 bar leading to a dark green oil as the end product Since the pressing process is not exhaustive the remaining pressing cakes still contain considerable amounts of the valuable oil Styrian pumpkin seed oil production is still predominantly handcraft and is performed mostly by small regional oil mills The individual small farmers bring in their dried pumpkin seeds and get back the oil as a service of the mill the latter being either paid or pocketing a small percentage of the product A few oil mills produce the oil after buying the pumpkin seeds from small farms in the region Some bigger farms have their own oil production Automated and continuous production exists only in the very early experimental state and is currently not of any quantitative importance However the latter approach is also undesired since one hallmark of Styrian pumpkin seed oil is its individuality and that it is handcraft As a consequence standardization over the dozens of oil mills and the hundreds of different products that are due to individual pumpkin seed batches is very difficult to achieve

63

CONTROL SYSTEM OF ORIGINALITY OF THE PRODUCT

In order to ensure the high quality of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI an efficient system of controls are in place that comprehensively monitor the domestic pumpkin seeds on their way from the field to the oil press and once in the bottle on to the shops shelves The system of controls depends on the internal controls of each producer in combination with external controls performed by the producers collective as well as by an accredited external organization Currently two companies LACON GmbH (Rohrbach) and SGS Austria Controll-CoGesmbH (Vienna) have the authority to conducta the quality control

DISTRIBUTION OF THE PRODUCT

According to information from the Ministry of Agriculture in Austria there are no concrete data on market shares of pumpkin seeds and pumpkin seed oil Also there are no figures on the export of these products because it does not pumpkins own goods number is Therefore it can be given to this subject at this point only some estimates The Styrian pumpkin seed oil production is marketed in to two-thirds directly by the farmers and in one third by the commercial rail The product is available in all Austrian supermarkets The gastronomy business plays also a relevant role as a key distribution channel According to producers the export share of pumpkin seed oil reaches around 20 percent of total production The main export target countries are as follows Switzerland and Germany and the Asian region The net prices of pumpkin seeds moves between 240euro and 260euro per kilo and one liter of Styrian Pumpkin Seed Oil PGI costs about 17-20euro

PRODUCERSrsquo GROUP

An important role plays also the producersrsquo group called Gemeinschaft Steirisches Kuumlrbiskernoumll ggA The group was founded in 1998 and was at the time of the creation there were about 950 members (farmers and oil millers) Because of the strongly growing demand in recent years the membership increased significantly so in 2006 it was to around 1600 members and currently there are approximately 2100 members The major aim of the group is to concentrate on the precisely functioning of the control system to expand the knowledge about the product among consumers and to ensure the high quality of the product Therefore they organise several different events and meetings for variety of people Additionally many oil mills and pumpkin seeds producers run small restaurants with dishes containing the special oil

64

VARIETY OF USES OF THE PRODUCT

The scientists have proven that pumpkin seed oil contains many health benefits

antioxidants A C and E selenium and many phytosterols which help reduce the risk of arteriosclerosis heart disease stroke and cancer and regulate cholesterol levels It contains more vitamin E than sunflower corn or olive oil

vitamins B1 B2 B6 D

minerals such as calcium magnesium iron and phosphor zinc and a wide range of trace elements

high levels of essential fatty acids (second only to flaxseeds) producing prostaglandins which regulate heart rate blood pressure and inflammation and aid in fighting infections

significant amounts of vegetable protein

As a German folk medicine it has been used to treat irritable bowel syndrome and with castor oil to rid patients of intestinal parasites Preliminary studies have shown that pumpkin seeds may reduce the risk and alleviate symptoms of benign prostatic hyperplasia (BPH) and improve prostate health The German Federal Institute for Drugs and Medical Devices found that components of pumpkin seeds have positive effect on the bladder and prostate As a massage oil it purportedly relieves tension headaches muscle pain rheumatic problems sprains and redness As a cream it is used for dry skin care dandruff and is said to help prevent stretch marks

Moreover Styrian Pumpkin Seed Oil PGI can be used in a wide range of dishes including pumpkin seed oil scrambled eggs pumpkin seed oil spread sour sliced beef salad marinated fish or sheeps cheese pumpkin seed oil dumplings pork medallions with pumpkin seed oil butter pumpkin seed oil polenta steak with pumpkin seed oil salads ice cream with pumpkin seed oil pumpkin seed oil parfait pumpkin seed oil cake etc

CONCLUSION

Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is a true gift from nature It is a guaranteed natural speciality an is produced without the addition of other oils food colourings aromas or preservatives It has a typical and one of a kind character that comes from the Styrian ground it grows on The sun-rich climate as found in the South and East of Austria is in addition to the unique earth a prerequisite for obtaining the high quality of this product The production chain system of the Styrian Pumpkin Seed Oil PGI is so accurately planned that it can be an ideal model of production for many other producers of foodstuff who want to be competitive in the market

65

REFERENCES

1 Fruhwirth G O Hermetter A Production technology and

characteristics of Styrian pumpkin seed oil Eur J Lipid Sci Technol

110 (2008) 637-644

2 Fruhwirth G O Hermetter A Seeds and oil of the Styrian oil pumpkin

Components and biological activities Eur J Lipid Sci Technol 109

(2007) 1128ndash1140

3 httpswwwdafneatproddafne_plus_commonattachment_download

c497124dba0fed0d5fc1e0292acdec05Endbericht_HCBPDF

30042011

4 httpenwikipediaorgwikiStyria 30042011

5 httpstmkagrarnetinfo 30042011

6 httpwwwLK-STMKat 30042011

7 httpwwwsteirisches-kuerbiskernoel-ggaat 30042011

66

Choińska Elwira prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Zagęszczanie rozdrobnionej biomasy Compaction of milled biomass

SUMMARY

The results of investigations of compaction of the milled biomass of eight plant species intended for energy spartina giant miscanthus topinambourpolygonaceous Virginia mallow willow rose and as well as maize were introduced in this work Milled plant material was compaction on investigative stand equipped in device with hydraulic piston which was steered by hydraulic attachment The experiments were performed at two duration and the pressures of compaction and the three phases of the pressure piston It was found that different combinations of the above-mentioned factors a very significant impact on the final density of milled biomass Susceptibility to compaction of biomass of individual plant species was varied From knowledge information follow recommendations which may be useful in practice for the pressure agglomeration of biomass in the form of pellets or briquettes

WSTĘP

Uzyskanie biopaliw stałych z roślin energetycznych wymaga zastosowania roacuteżnych procesoacutew rozdrabniania suszenia i ciśnieniowej aglomeracji Surowiec z roślin energetycznych należy do materiałoacutew charakteryzujących się dużą objętością przy małej masie Stwarza to problemy przy transporcie przeładunku oraz zwiększa potrzebny na duże powierzchnie magazynowe Aby w pełni wykorzystać zalety materiału z roślin energetycznych jako paliwa należy poddać go zagęszczaniu podczas ktoacuterego można wytworzyć końcowe produkty takie jak brykiety lub pelety Produkty takie są łatwiejsze w transporcie i mogą być potrzebne mniejsze powierzchnie do ich przechowywania Ponadto energetyczna jakość końcowa peletoacutew i brykietoacutew jest większa niż surowca (Hejft 2002)

W dostępnej literaturze znajduje się mało informacji o cechach i parametrach procesu niskociśnieniowego zagęszczania rozdrobnionej biomasy pochodzącej z roślin energetycznych Dlatego też celem pracy było wyjaśnienie wpływu ciśnienia i czasu zagęszczania oraz liczby faz obciążenia na zmianę gęstości zmielonego materiału spartiny preriowej ślazowca pensylwańskiego miskanta olbrzymiego kukurydzy wierzby wiciowej słonecznika bulwiastego rdestowca sachalińskiego i roacuteży wielokwiatowej

67

MATERIAŁ I METODY

W badaniach wykorzystano materiał organiczny z wierzby krzewiastej topinamburu ślazowca pensylwańskiego spartiny preriowej roacuteży wielokwiatowej rdestowca sachalińskiego miskanta olbrzymiego i kukurydzy Rośliny zebrano z poletek Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach ktoacutera należy do SGGW w Warszawie Do zbioru roślin zastosowano 2-rzędową przyczepianą sieczkarnię polową Z374 wspoacutełpracującą z ciągnikiem Ursus1234 z silnikiem o mocy 85 kW Toporowy zespoacuteł rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w gładką płytkę denną i proste łopatki rzutnika z ostrą krawędzią natarcia Przy prędkości kątowej tarczy 1047 s-1 i 10 nożach oraz prędkości zasilania 082 mmiddots-1 osiągnięto częstotliwości cięcia 167 Hz i teoretyczną długość cząsteczek materiału 49 mm

Zrębki lub sieczkę suszono w naturalnych warunkach do wilgotności 950-1385 i następnie zmielono rozdrabniaczem bijakowym wyposażonym w ekran perforowany z otworami o średnicy 10 mm

Na każdym etapie badań wyznaczono wilgotność materiału roślinnego metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13183-1 W tym celu 3 proacutebki materiału z każdej rośliny o masie 20 g zważone na wadze RADWAG WSP 600C z dokładnością 001 g suszono do stałej masy w temperaturze 105oC

Charakterystykę wymiarową zrębkoacutew lub sieczki bądź zmielonego materiału przeprowadzono na separatorze mechanicznym zgodnie z metodyką ASAE S4241 (ASAE Standard 2003) Do pomiaru rozkładu wymiaroacutew cząstek rozdrobnionego materiału użyto po 5 uśrednionych niezagęszczonych proacutebek o objętości 10 dm3 Czas przesiewania proacutebki kontrolowano stoperem a masę poszczegoacutelnych frakcji cząstek ważono na wadze elektronicznej z dokładnością 001 g Jeśli ilość resztek na sicie goacuternym przekraczała 1 całkowitej masy proacutebki reprezentatywną proacutebkę na tym sicie określono przez ręczny pomiar suwmiarką z dokładnością 01 mm Średnią długość cząstek wyznaczono jako średnią geometryczną Kosz sitowy poruszał się z częstotliwością 24 Hz a czas rozdzielenia każdej proacutebki wynosił 120 s Analizę rozkładoacutew wymiaroacutew cząstek pociętych i zmielonych podano w pracy Lisowskiego i inn (2010)

Zmielony materiał zagęszczano z wykorzystaniem hydraulicznego urządzenia zaprojektowanego w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie i wykonanego przez firmę Rockfin Sp z oo (rys 1-2) Urządzenie ma możliwość regulacji siły nacisku przez zmianę ciśnienia roboczego czasu trwania i liczby faz w cyklu roboczym liczby tych cykli a także zmiany średnicy tarczy dociskającej spełniającej rolę tłoka Urządzenie zagęszczające było podłączone do hydraulicznej przystawki napędowej firmy Rockfin Sp z oo

68

Przed właściwymi pomiarami zagęszczania przeprowadzono kalibrację systemu pomiarowego i jego skalowanie Pozwoliła ona na przekształcenie wartości w mV wskazywane przez przyrządy na określone wartości wielkości fizyczne drogi i ciśnienia wyrażone w odpowiednio w milimetrach i barach

Skalowanie przetwornika przemieszczeń przeprowadzono za pomocą podkładek dystansowych Za punkt 0rdquo ustalono dno cylindra zagęszczającego o wysokości 430 mm i średnicy 280 mm Na dnie cylindra układano stopniowo podkładki o grubości 50 mm do chwili gdy tłok osiągnął goacuterne położenie cylindra Dla każdej skokowej zmiany położenia tłoka rejestrowano wskazania miernika przesunięć i ciśnienia Na tej podstawie wyznaczono liniowe charakterystyki obu miernikoacutew Dla przetwornika przemieszczeń otrzymano roacutewnanie h = 0055U + 2092 R2 = 0999 a dla ciśnienia p = 0031U ndash 6341 R2 = 0999 (gdzie h ndash droga trzpienia przetwornika przemieszczeń w mm U ndash napięcie w mV p ndash ciśnienie w barach) Funkcje odwrotne wykorzystano do wyznaczenia wartości rzeczywistych

Porcję zmielonego materiału roślinnego o objętości 25 dm3 odmierzoną za pomocą naczynia miarowego z dokładnością 01 dm3 ważono z dokładnością 20 g Pojedyncza porcja materiału roślinnego podlegała cyklowi zagęszczenia według nastawionych parametroacutew ciśnienia i czasu trwania zagęszczania Skok tłoka rejestrowano przetwornikiem przemieszczeń co pozwoliło na wyznaczenie gęstości objętościowej materiału roślinnego Jeden cykl zagęszczania materiału składał się z trzech faz nacisku ktoacutere trwały 6 lub 10 s przedzielonych dwiema fazami przerw polegającymi na wycofaniu tłoka trwającymi 5 s Czas trwania jednego cyklu trwał 28 lub 40 s i kończył się całkowitym uniesieniem tłoka i wysunięciem płyty wraz z cylindrem

69

Rysunek 1 System sterujący pracą urządzenia i rejestrujący

wyniki pomiaroacutew

Rysunek 2 Tłok z czujnikiem przemieszczeń podczas

zagęszczania

Pomiar masy zmielonego materiału roślinnego o znanej objętości pozwolił na wyznaczenie gęstości usypowej

V

mm nnp

z

(1)

gdzie

mnp ndash masa naczynia z materiałem roślinnym kg

mn ndash masa naczynia kg

V ndash objętość naczynia m3

Podczas procesu zagęszczania zmienia się gęstość materiału w zależności od drogi tłoka Na podstawie tego można wyznaczyć średnią gęstość materiału ze wzoru

)( 0 hhS

m

(2)

gdzie

m ndash masa zmielonego materiału roślinnego kg

h0 ndash wysokość początkowa materiału w cylindrze m

S ndash pole przekroju poprzecznego cylindra m2

h ndash droga tłoka rejestrowana przetwornikiem przemieszczeń m

Do zagęszczania zmielonego materiału roślinnego zastosowano tarczę dociskową o średnicy 225 mm oraz ciśnienie zagęszczania 70 lub 190 kPa

70

ktoacuteremu odpowiada ciśnienie w siłowniku hydraulicznym odpowiednio 22 i 60 bar oraz siła nacisku na materiał odpowiednio 278 i 755 kN

Dla każdej z roślin wykonano po trzy proacuteby zmieniając w kombinacji czas i ciśnienie co łącznie dawało 12 pomiaroacutew dla każdego rodzaju materiału W sumie dla ośmiu roślin wykonano 96 pomiaroacutew

Urządzenie zagęszczające wspoacutełpracowało z komputerem wyposażonym w program sterujący (rys 1) Przetworzone sygnały pomiarowe z czujnikoacutew przemieszczenia i ciśnienia zapisywano na dysku komputera ktoacutere transponowano za pomocą napisanych makr na wartości wielkości fizyczne Dla każdego układu pomiarowego sporządzono wykresy zagęszczania będące charakterystykami zmian ciśnienia i przemieszczenia od czasu działania tłoka na materiał roślinny (rys 3)

Rysunek 3 Przykładowe przebiegi zmian zagęszczania rozdrobnionego materiału roślinnego czas zagęszczania 10 s czas odprężenia 5 s

ciśnienie zagęszczania 190 kPa p ndash ciśnienie h ndash wysokość warstwy materiału roślinnego A ndash początek zagęszczania B-C E-F H-I ndash czas zagęszczania przy stabilnym obciążeniu odpowiednio dla pierwszej drugiej i trzeciej fazy cyklu C-D F-G ndash cofnięcie tłoka (odprężenie

materiału) D-E G-H ndash ponowny nacisk tłoka na materiał roślinny I ndash koniec zagęszczania dla jednego cyklu

Dla każdego odcinka zagęszczania przy stabilnym obciążeniu tłoka B-C E-F H-I (faza cyklu) oszacowano roacutewnania regresyjne zmian gęstości materiału roślinnego od czasu (3 roacutewnania dla każdego cyklu) Parametry roacutewnań wykorzystano do wyznaczenia gęstości materiału na początku i końcu ruchu roboczego tłoka oraz gęstości końcowej zagęszczonego materiału roślinnego w cylindrze Otrzymane wartości gęstości dla zmielonego materiału roacuteżnych roślin oraz dla ciśnienia zagęszczenia (70

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h m

m p

bar

A

BC

D

E F

G

H I

71

i 190 kPa) czasu nacisku (6 i 10 s) i fazy cyklu (1 2 3) opracowano metodami analizy statystycznej z wykorzystaniem pakietu komputerowego Statistica v90

WYNIKI I DYSKUSJA

Na podstawie wynikoacutew analizy wariancji (tab 1) można stwierdzić że na zroacuteżnicowanie wartości gęstości materiału miały statystycznie wysoce istotny wpływ wszystkie czynniki głoacutewne rodzaju rośliny ciśnienie czas i faza zagęszczania Interakcje podwoacutejne i niemal wszystkie potroacutejne okazały się statystycznie istotne Interakcja potroacutejna ciśnienie - czas - faza dla ktoacuterej krytyczny poziom istotności wynosił 0056 była na granicy istotności

Tabela 1 Wyniki analizy wariancji dla końcowej gęstości biomasy w zależności od badanych czynnikoacutew

Czynnik Suma

kwadratoacutew

Liczba stopni

swobody

Średni kwadrat

Wspoacutełczynnik Femp

Krytyczny poziom

istotności

Czynniki głoacutewne

A roślina 157120 7 224457 1636 gt00000

B ciśnienie 155199 1 221712 1616 gt00000

C czas 628692 1 449066 3273 gt00000

D faza 291251 2 291251 2123 gt00000

Interakcje

AtimesB 157120 7 224457 1636 gt00001

AtimesC 155199 7 221712 1616 gt00001

AtimesD 628692 14 449066 3273 gt00001

BtimesC 291251 1 291251 2123 gt00001

BtimesD 688352 2 344176 2509 gt00001

CtimesD 114929 2 574644 4188 gt00001

AtimesBtimesC 117917 7 168453 1228 gt00001

AtimesBtimesD 944091 14 674351 492 gt00001

AtimesCtimesD 983682 14 70263 512 gt00001

BtimesCtimesD 803321 2 40166 293 00560

AtimesBtimesCtimesD 182485 14 130347 095 05065

Reszta 259313 189 137202

Ogoacutełem 209341E6 284

Na podstawie wynikoacutew szczegoacutełowej analizy przeprowadzonej testem Duncana można stwierdzić że najmniejszymi wartościami gęstości cechował się zmielony materiał topinambura i ślazowca pensylwańskiego tworząc grupę jednorodną dla tych roślin (tab 2) Klejoną grupę jednorodną

72

utworzyły wartości gęstości zmielonego materiału miskanta i rdestowca Dla pozostałych roślin wyodrębniono indywidualne grupy wartości gęstości zmielonego materiału

Tabela 2 Test Duncana dla czynnika roślina

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

Roślina

topinambur 33 172152 207065 X

ślazowiec 36 173912 195222 X

miskant 36 184423 195222 X

Rdest 36 187346 195222 X

kukurydza 36 236196 195222 X

spartina 36 248142 195222 X

wierzba 36 354262 195222 X

roacuteża 36 379467 195222 X

Na podstawie szczegoacutełowej analizy wartości średnich gęstości zmielonego materiału roślinnego można stwierdzić że statystycznie istotnie roacuteżniły się one dla kolejnych faz zagęszczania (tab 3)

Dla poszczegoacutelnych czynnikoacutew głoacutewnych i ich poziomoacutew obliczono średnie wartości gęstości końcowej zgęszczonego materiału roślinnego (tab 4) W tabeli tej zestawiono roacutewnież wartości błędoacutew standardowych i zakresy zmienności gęstości obejmujące 95 rozkłady średniej z proacuteby Dla poszczegoacutelnych roślin wyznaczono gęstość początkową będącą gęstości nasypową i w odniesieniu do końcowej gęstości zagęszczonego materiału obliczono przyrost gęstości w procentach

Tabela 3 Test Duncana dla czynnika faza zagęszczania

Faza Liczebność Średnia kgmiddotm-3 Odchylenie

standardowe kgmiddotm-3 Grupa jednorodna

1 95 220452 120479 X

2 95 249228 120479 X

3 95 256282 120479 X

73

Tabela 4 Gęstość początkowa i końcowa zmielonego materiału oraz dolne i goacuterne wartości zakresu gęstości wraz z błędami standardowymi dla

czynnikoacutew głoacutewnych

Czynnik Liczebność Średnia kgmiddotm

-3

Błąd standardowy

kgmiddotm-3

Dolna wartość

kgm3

Goacuterna wartość kgmiddotm

-3

Gęstość nasypowa

kgmiddotm-3

Przyrost gęstości

Średnia ogoacutelna

285 241987

roślina

Topinambur 33 172152 207065 168067 176236 10275 67

ślazowiec 36 173912 195222 170061 177763 7233 240

Miskant 36 184423 195222 180572 188274 6583 180

Rdest 36 187346 195222 183495 191197 11823 58

kukurydza 36 236196 195222 232345 240046 9447 150

spartina 36 248142 195222 244291 251993 6834 263

wierzba 36 354262 195222 350411 358113 19201 84

roacuteża 36 379467 195222 375616 383318 26451 43

ciśnienie

70 144 220166 0976112 218241 222092

190 141 263808 0991247 261853 265764

czas

6 141 234510 0991247 232555 236465

10 144 249465 0976112 247539 25139

faza

1 95 220452 120479 218075 222829

2 95 249228 120479 246851 251605

3 95 256282 120479 253906 258659

Analizując całościowo otrzymane wyniki badań można stwierdzić że najmniejszą gęstość końcową 1561 kgmiddotm-3 uzyskano dla zmielonego materiału topinambura przy ciśnieniu zagęszczania 70 kPa i czasie zagęszczania 6 s a największą 4037 kgmiddotm-3 dla roacuteży przy parametrach 190 kPa i 10 s

Wystąpiła też prawidłowość że jeśli ciśnienie oddziałujące na materiał było stałe to gęstość wzrastała tylko do charakterystycznego dla danej materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu obciążenia nie wpływało już istotnie na zagęszczanie (Hejft i Obidziński 2007)

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian ciśnienia w zakresie 70-190 kPa cechował się materiał kukurydzy ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2059 kgmiddotm-3 do 2665 kgmiddotm-3 (o 29) a najmniejszą materiał ślazowca (z 1626 kgmiddotm-3 do 1882 kgmiddotm-3 czyli o 16)

74

Największą podatnością na zmianę gęstości końcowej pod wpływem zmian czasu obciążenia w zakresie 6-10 s cechował się materiał spartiny ktoacuterego gęstość końcowa zmieniła się z 2237 kgmiddotm-3 do 2718 kgmiddotm-3 (o 21) a najmniejszą materiał roacuteży gdyż gęstość praktycznie nie zmieniała się i wynosiła około 3795 kgmiddotm-3 Zmiana gęstości końcowej zagęszczanego materiału ślazowca była roacutewnież w zakresie błędu pomiarowego i wynosiła około 1739 kgmiddotm-3

Dla miskanta olbrzymiego kukurydzy i ślazowca pensylwańskiego przy zagęszczaniu biomasy przez czas 6 s w pierwszej fazie nacisku tłoka oddziaływanie obciążenia było zbyt kroacutetkie i nie wystąpiła stabilizacja zagęszczania (rys 4a) Zjawisko takie miało miejsce zaroacutewno przy ciśnieniu 70 kPa jak i 190 kPa Dopiero przy 10 sekundowym zagęszczaniu we wszystkich trzech fazach następowała stabilizacja ale w pierwszej fazie nacisku tłoka czas tej stabilizacji był kroacutetszy niż przy kolejnych (rys 4b) Dla rdestowca topinambura oraz wierzby brak stabilizacji zagęszczania w pierwszej fazie obciążenia zaobserwowano tylko podczas kroacutetkotrwałego nacisku tłoka 6 s i przy największym ciśnieniu 190 kPa (rys 5) Dla zmielonego materiału roacuteży występowała kroacutetka stabilizacja już podczas pierwszej fazy nacisku (rys 6) W przypadku spartiny preriowej w żadnym przypadku nie następowała stabilizacja w pierwszej fazie a przy ciśnieniu 190 kPa i czasie obciążenia 6 s nawet w drugiej fazie nacisku tłoka nie osiągano stabilizacji zagęszczenia (rys 7)

Mimo że obciążenie biomasy tłokiem odbywało się przy stałym ciśnieniu utrzymywanym zaworem proporcjonalnym to w zakresie charakterystyki dynamicznej zaworu występował wzrost gęstości materiału Spowodowane było to relaksacją naprężeń między jego cząsteczkami Ta relaksacja naprężeń zwiększała się po cofnięciu tłoka po fazie zagęszczania i materiał nieznacznie się rozprężał W kolejnej fazie nacisku dochodziło do dalszego wzrostu zagęszczania materiału Znacznie większe roacuteżnice między gęstości materiału zachodziły przy większym ciśnieniu zagęszczania (190 kPa) niż przy mniejszym (70 kPa)

Dynamika zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślinnego była większa dla czasu zagęszczania 10 s niż dla 6 s i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wynosiła odpowiednio 223 i 172

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

75

Rysunek 4 Charakterystyka zagęszczania przy ciśnieniu 70 kPa dla a) kukurydzy w czasie 6 s b) miskanta w czasie 10 s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

a)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

b)

Rysunek 5 Charakterystyka zagęszczania materiału rdestu w czasie 6 s a) przy ciśnieniu 70 kPa b) przy ciśnieniu 190 kPa

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h

mm

p

ba

r

h

p

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

czas s

h m

m p

bar

h

p

h_1h_2h_3

Rysunek 6 Charakterystyka zagęszczania materiału roacuteży przy

ciśnieniu 70 kPa w czasie 6 s

Rysunek 7 Charakterystyka zagęszczania materiału spartiny

przy ciśnieniu 190 kPa w czasie 6 s

Największe zmiany w wartościach gęstości zmielonego materiału roślin wystąpiły w pierwszej fazie nacisku tłoka i w zakresie zmian ciśnienia 70-190 kPa wskaźnik dynamiki zmian gęstości wynosił 146 a w zakresie zmian czasu zagęszczenia 6-10 s wynosił 161 Dla drugiej i trzeciej fazy zagęszczania wskaźnik dynamiki zmian gęstości końcowej zmielonego materiału roślin był podobny ale dla obu faz w zakresie zmian badanego ciśnienia cechował się większą progresją niż w zakresie zmian czasu zagęszczania i wynosił odpowiednio 222 i 24

Na podstawie wynikoacutew zamieszczonych w tabeli 1 można stwierdzić że najbardziej podatnym materiałem na zagęszczanie była spartina preriowa W odniesieniu do gęstości nasypowej przyrost gęstości końcowej zmielonego materiału spartiny preriowej wynosił 263 Był to jedyny materiał ktoacutery zachował progresję zmian gęstości aż do drugiej fazy zagęszczania co uzasadnia potrzebę wydłużania czasu obciążenia Zmielony materiał spartiny zawierał największy udział (47) cząstek najmniejszych poniżej 165 mm (Lisowski i in 2010) Tylko nieznacznie

76

mniejszą podatnością na zagęszczanie cechował się zmielony materiał ślazowca (240) Kolejno w rankingu podatności na zagęszczanie zajęły miejsca materiały miskanta (180) kukurydzy (150) wierzby (84) topinamburu (67) rdestowca (58) i roacuteży (43)

Zmielony materiał roacuteży miał największą gęstość nasypową (2645 kgmiddotm-3) gdyż średni wymiar cząstek wynosił 246 mm (Lisowski i in 2010) co umożliwiało łatwiejsze upakowanie cząstek w stanie zsypnym Dlatego też nie było zbyt wiele wolnych przestrzeni pozwalających na przesunięcie i zagęszczenie cząstek pod wpływem zewnętrznego obciążenia Roacuteża zawierała dużą ilość tkanek zdrewniałych z twardym rdzeniem ktoacuterego zgniecenie nie było możliwe pod wpływem nacisku o stosunkowo małym ciśnieniu 190 kPa

Materiał wierzby zawierał roacutewnież dużą ilość tkanek zdrewniałych ale wymiary cząstek były większe (313 mm) i ze względu że roślina była zbierana w cyklu jednorocznym to zawierała dużą ilość długich części włoacuteknistych (Lisowski i in 2010) Mieszanina zmielonego materiału wierzby była pod względem wymiaroacutew cząstek mniej jednorodna niż roacuteży Zawierała ona więcej wolnych przestrzeni i dlatego gęstość nasypowa była mniejsza niż dla roacuteży i wynosiła 1920 kgmiddotm-3 Pod wpływem poroacutewnywalnego obciążenia zmielony materiał wierzby zagęścił się do zbliżonej wartości (3543 kgmiddotm-3) jak roacuteży (3795 kgmiddotm-3) ale przyrost zagęszczenia był niemal dwukrotnie większy

PODSUMOWANIE

Na podstawie wynikoacutew badań można stwierdzić że charakterystyki zagęszczania zmielonego materiału z roślin energetycznych były zroacuteżnicowane dla rodzaju rośliny i statystycznie istotny wpływ na gęstość końcową biomasy miało zaroacutewno ciśnienie jak i czas zagęszczania Biomasa pochodząca z traw o małej gęstości nasypowej była bardziej podatna na zagęszczanie ale w celu ustabilizowania się zagęszczenia wymagała dłuższego czasu obciążenia

Zdrewniała biomasa roacuteży i wierzby ze względu na dominujący udział ścian komoacuterkowych zbudowanych z ligniny powiązanych celulozą i hemicelulozą cechowała się dużą twardością i mniejszą plastycznością dlatego też przyrost gęstości końcowej zagęszczonego materiału był najmniejszy w stosunku do gęstości nasypowej

Potwierdzono że przy stałym ciśnieniu działającym na biomasę gęstość wzrasta tylko do charakterystycznego dla każdego materiału momentu a dalsze wydłużanie czasu nie wpływa już istotnie na zagęszczanie

Zmielony materiał roacuteży i wierzby może być zagęszczany przez 10 s ale dążąc do zwiększenia gęstości końcowej biomasy wskazane byłoby zastosowanie ciśnienia co najmniej 190 kPa

77

Zmielony materiał spartiny o najmniejszej gęstości nasypowej powinien być zagęszczany przez co najmniej 30 s Biomasa tego rodzaju jest najbardziej wrażliwa na wydłużenie czasu obciążenia

Zmielony materiał z pozostałych roślin (miskant topinambur ślazowiec rdestowiec kukurydza) może być zagęszczany przez 20 s gdyż dalsze wydłużenie czasu wywierana nacisku nie zmienia w sposoacuteb istotny gęstości końcowej biomasy

Największe zmiany gęstości biomasy uzyskano w kolejności dla spartiny preriowej (263) ślazowca pensylwańskiego (240) miskanta olbrzymiego (180) kukurydzy (150) wierzby wiciowej (84) słonecznika bulwiastego (67) rdestowca sachalińskiego (58) i roacuteży wielokwiatowej (43)

LITERATURA

1 ASAE Standards 2003Method of determining and expressing

participle size of chopped forage materials by screening ASAE S4241

In ASAE Standards 2003 American Society of Agricultural Engineers

St Joseph Michigan 2 February 03 s 595

2 HEJFT R 2002 Ciśnieniowa aglomeracja materiałoacutew roślinnych

Politechnika Białostocka Białystok 2002 ss 257 ISBN 83-7204-251-

9

3 HEJFT R OBIDZIŃSKI S 2007 Produkcja granulatu i brykietoacutew

w aspekcie cech jakościowych (Production of pellets and briquettes in

aspects of quality characteristics) Czysta Energia 2007 6 (56) ISSN

1643-126X PNndashEN 13183ndash1Wilgotność sztuki tarcicy Część 1

Oznaczenie wilgotności metodą suszarkowondashwagową

4 SKONECKI S 2004 Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania

materiałoacutew roślinnych Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej

w Lublinie 2004 ss 89 ISSN 0860-4355

78

Chyrchenko Dmytro Dr Zaets Nataliia Shvorov Sergij Martynenko I

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of automatic and robotic systems by academician (Ukraine)

The development of adaptive system with fuzzy controller for biogas production

ABSTRACT

The synthesis of digital controllers operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system of biogas installation is considered The comparative characteristics of automatic control systems based on PID-controller and fuzzy controller are outlined

INTRODUCTION

Currently much attention is paid to the development and use of alternative energy sources One of the ways of supplement and partial replacement of traditional fuel kinds in rural areas is biogas use Biogas is a gas that is released during decomposition of organic substances Unlike natural gas it can be obtained in industrial conditions by fermentation of organic waste and specially grown energy crops Biogas consists of 50-70 of methane (CH4) and 50-30 of carbon dioxide (CO2)

Being close to natural gas characteristics biogas can be used for the same purpose (production of electricity heat as automobile fuel etc) and with proper clearance is identical to his staff The actuality of this research makes the following a reduction of technological environmental

alternative energy supply of cattle farms production of the high quality

organic fertilizers organic waste recycling germinating ability reduction of weed seeds organic waste processing etc

The analysis of recent research shows that in spite of the large number of publications concerning the creation and use of biogas facilities [1-3] nowadays the adaptive systems of temperature control in facilities for biogas production are not fully developed Due to the growing relevance of research topic the aim is to consider the issues of digital controller operating based on fuzzy logic adaptive temperature control system in biogas facilities

THE RESEARCH OBJECTIVES

The main task of designers during the creation of biogas installation control system is to maintain a constant temperature throughout the bioreactor capacity Depending on the substrate temperature methanogenic bacterias

79

are psihofilic that can live at a temperatures between +5 deg C to +20 deg C mesophilic living at temperatures from +30 deg C to +42 deg C thermophilic living at temperatures from +54 deg C to +56 deg C Methanogenic bacteria breed very slowly and do not stand sudden temperature changes Any sudden changes in temperature adversely affect the fermentation process Each mode of fermentation is tolerable to the temperature fluctuation between plusmn 3 degC Metabolic activity of the anaerobic bacteria is directly dependent on environmental temperature According to recent research while increasing the temperature and gas output decomposition of organic matter increases too When the temperature decreases to 15 degC the fermentation process stops completely [3-5] The prompt temperature decline in bioreactor occurs during loading a new substrate especially in wintertime It causes the need for adaptive temperature management system within bioreactor depending on the temperature of the substrate that is loaded

To develop an adaptive control system for bioreactor temperature the following tasks should be solved

to analyze and identify characteristics of the control object

to develop a mathematical model of adaptive systems with fuzzy regulator in facilities for biogas production

1 ANALYSIS OF THE CHARACTERISTICS OF THE CONTROL OBJECT

Technical options for realization biomass methanogenesis quite a lot from constructively simple not professionally manufactured units and ending with technologically perfect long-term continuous facilities using advanced and automated systems

Scheme of a typical industrial installation for the production and use of biogas irrespective of the method of fermentation involves the following technical equipment

tanks and equipment for the collection and preparation of raw materials

fermentation chamber with heating devices

tanks for biogas and gas installations with equipment for cleaning and counting the number of produced gas

containers for disposal and storage of masses perebrodyla

80

Fig 1 Schemebiogas plantwithcomposting

1 ndash farm 2 ndash pipeline from farm 3 ndash the previous tank 4 ndashfeeding the pipeline 5 ndashtank processed biomass 6 ndashdrain pipe 7 ndash camera for

fermentation 8 ndashswitch flame 9 ndashdesulfator 10 ndash dehidrator 11 ndashgas meter 12 ndashtop weight of showers 13 ndashfeeding pipeline 14 ndashpipeline for gas 15 ndashwater boiler 16 ndash fuse 17 ndashswitch flame 18 ndashgas tank 19 ndash

heater 20ndashpipelinesfor mixing 21 ndashcamera for manure 22 ndashcompost area 23 ndashfan 24 ndashtractor with loader + manure spreader

The optimal temperature for mesophilic fermentation of biomass is about 35 deg C This temperature impossible to receive even in summer so all biogas units typically have a heating device The most commonly used water heaters and sometimes - heat exchangers The cost of heat for keeping the fermentation process depends on the effectiveness of methane fermentation and as constructional solution tank for fermentation (thermal insulation) For heating water instead of biogas produced electrical energy is sometimes used getting it from the mains or from wind powerIn this biogas reactor using internal exchangers (in the form of cylinders or spirals placed in the center of the camera fermentatsiynoho tank) and regardless of the type exchanger the temperature of water flowing in them should not exceed 80 deg C which retains the biological process of fermentation

Biomass temperature in the investigated bioreactor regulating by changing the amount of hot water heaters in a heat exchangerIn this case the bioreactor as an object of temperature control as a regulatory body will have a crane in the main hot water from water heating boiler with radiators Constant temperature hot water provided by SAP water heating boiler valve opening leads to an increase in traffic through the hot water heater

81

and increase the amount of heat is supplied to the bioreactor and vice versa Governing action is formed by a temperature in the form of rotation

flaps to an angle valve φкр

Themaindisturbingactionsontheobjectofregulation causingthetemperaturechangeofbiomassin a reactorat a constantvalueofmanagingtheimpactφкр = constistheatmosphericconditions(temperature humidity etc)

Manageablesizeof theobjectisthe temperatureinside

thebiomassbioreatoruТв

Thusstructuraland functionalcircuitsbioreactoras an object ofregulationwill

look like

Fig2 Structural-functionaldiagram ofbioreactor

Forobjectmanagementin a systemof automatic controlbioreakorombiogas

plantcanuseanalog ordigitalPI-regulators Studyofthese-

regulatorsshowsthatthe transition in

thesystemareverylargereregulation(50) and largetimeadjustment(100 c) [5] Thereforethe implementationis more

suitablemesophilicfermentationregimeusingfuzzycontrollers

2 MODELING FUNCTION THE ADAPTIVE SYSTEM WITH FUZZY CONTROLLER INTO THE PLANT FOR BIOGAS

Functional diagram of the adaptive management system based on fuzzy logic is shown in Fig 3

The scheme consists of a comparator a fuzzy controller FC facility management and CO feedback

Fuzzy-controlerconsists three main parts - fuzzyficatio block the formation of logical decision inferenceand the block where defuzzyfication

BIOREACTOR

F

φкр Tв

82

Fig 3 Functionaldiagramofthe adaptivemanagement

Fuzzy controller FC practicallyimplementedon

a microcomputer(ormicroprocessor) and runsin a discrete mode because automatic control systemwithfuzzycontrollercontainsmicrocomputerdevicewiththe

objectmanagement- analog-digital converterADCanddigital-

analogconverterDAC(see Fig 4 whichshows a block diagram ofcontrol

systemwithfuzzycontrol)

ADCdivides thecontinuous failure )()()( txtut of thedivisionstepIAsthe

first andsecondderivativesof theerrorsare usuallycalculatedfirst

andseconddifferenceinformulas

hkkk )]1()([)(

2)]2()1(2)([)]1()([)( hkkkhkkk -

quantizederrorat the inputADC DACwas

theusuallyzeroorderreleaseof thetransfer function sesH hs )1()(

Fig 4 Blockdiagramofadaptivecontrolwithfuzzy controller FC

Let us note some features of fuzzy controller FC operates in discrete mode so every step of the quantization hit must take the necessary deductions FC handles all input variables so it can provide

u(t)

FC Comparator

Fuzzy controller

Box of defuzzy-fication

Box of fuzzy-ficatio

CO x(t)

u(t)

G0(s)

x(t) FC

H(s)

Estimat

e

Retainer DAC

Control

Object

θ(t)

h

θ(k) m(k) m(t)

(k)

(k)

83

additional variables that characterize the processes in facility management and thus provide a wider effect on the dynamics of control FC system usually stand in the ratio of modified object management due to the nature of fuzzy rules of operation Traditional methods describe the regulators for example using transmission functions for FC are not appropriate and not necessary FC is nonlinear and its feature is the lack of dynamics in the FC Lack of memory and the procedure for designing and describing management process characterized by linguistic rules are the main features of FR

Fuzzy controllers are implemented in practice usually in the form of high-level software such as ldquoPassalrdquo which provides greater flexibility in their setup [6] The simulation results and test management system that includes fuzzy closed-loop controller may change the quantity ranges of linguistic variables membership function and modify the base rules in order to attract the expected result control

Fuzzycontrollersareof interestprimarilytomanageobjectsthat are

eithernotexposedorexposed toformalized descriptionandwith great difficulty but evenapplytodomainobjects forwhichmathematical modelsare obtained theseregulatorsare oftendominated byotherssothatallow

forbetterquality(fewer errorsin thetransitionandsetmodes) automatic

control systems

Forease ofsolution of the problemof synthesisof fuzzycontrollerwould

bethatthe numberof termsby which theestimatedlinguisticparameters (input andoutputparameters offuzzycontroller) the errorsystem speed

ofmeasurements(first derivative) of error acceleration(second

derivative) of error managementactsonan objectmminimum etc is 2

Reflectedranges ][ maxmin ][ maxmin ][ maxmin і ][ maxmin mm - changes

ininputandoutputparameters of a singleuniversalset Conversion of

a fixedvalue ][ віHii xxx eachlinguisticvariable 4nn1ixi appropriate

element u [01] determinedthe

expression )()( НівіНіii xxxxu bywhichwe find

)()(

)()(

)()(

minmaxmin3

minmaxmin2

minmaxmin1

u

u

u

(21)

)()( minmaxmin mmmmuc (22)

84

On thesetU = [01]Set thetwofuzzysubsets membership function(MF) arein a triangularshapeshownin Fig 5

ForanalyticalexpressionsproposeduseMF equationline

passingthroughpointswithcoordinates )u(і)u( 2211 whichareas

follows

)(])[()( 12122112 uuuuuu (23)

Then according toFig 5 we obtainthe followingMF foreachlinguisticvalue

]10[)(]10[1)( 21 uuuuuu (24)

Fig 5 Membership function

WhenfastingvirginsonFuzzy controller (FC) values ofinput

variables і intoquantizationstephcalculationvalues

321 іuuu

bythe formulas(21) andMF

21)( juj

the formulas(24)

Form thelinguisticcontrolrule(working normally) fuzzy controller in the form

If )(1

ja і )(2

ja і )(3

ja то )(

j

cam 21j (25)

wherejj

aa21

andj

a3-linguisticsketcheserrorrateof change(first derivative)

error ofthe second derivativeof errorare considered

85

asfuzzysetsdefinedonuniversalset 21 j j

ca -the linguisticevaluation

ofmanagementactionson theobjectarechosenfromthe set ofvariable-term т

Linguisticevaluationof thechosentermsetsandlinguisticvariables and

m

ijm negative(1) positive(2)

In otherwordsall ofthe signals(as defined above linguisticvariables) in

theautomatic control systemis

characterizedasnegative( 1j )orpositive( 2j )

Let )( i

j x the membership function parameter ][ віHii xxx fuzzy terms

2131 jiа j

i And )( оь

that depends on three variables

)( 321 xxx membership function parameters of the vector

solution (control action on the selected object) 21 jm jis determined

from the system of fuzzy logic equations

)()^()^()( 321321 xxxxxx jjjjm

(26)

Thus )( 321

1

xxxm

-membership functionoffuzzycontrolnegative

)( 321

2

xxxm

-the managementof themembership functionof fuzzy

setspositive The resultingfunctions for thecontrol actionin

accordancewith theworkingruleFR is recorded as

)()()( 321321321

21

xxxvxxxxxxmmm

(27)

Inexpressions(36) and (37) ^-logicaland v - logicalor

Dependingonlinguisticrulesupravlennya formalizedsystems

offuzzysets(26) membership functionof the control action

)(1 uс fuzzysetnegative valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

1

2

1

1

1 uuuA (28)

membership function and managing the impactof )(2 uс fuzzy setspositive

valueis limitedfrom above

)]()()(min[ 3

2

2

2

1

2 uuuB (29)

The resultingfunctions for thecontrol actionon thebasis ofexpression(37) is defined as

86

)()()( 21 uvuu ccс (210)

that isgettingthe formation maximum(solidlineinFig 5)

)]()(max[)( 21 uuu ccс (211)

Todeterminethe specific valueof the control actionis formed the resulting figure the resultinglimitedMF

We searchabscissacenter of gravity resultingfigurebythe formula[10]

N

k

kkkk

kkkk

N

k

kkkk

c

bbaa

baabaaaa

u

1

11

11

1

11

))((

])2()2)[((

(212)

where N - number of vertices ka kb - vertex coordinates transforming

shapes

Getting the value 1

cu based on formula (22) becomes the value of the

control action on the object management

cummmm )( minmaxmin (213)

CONCLUSION

Thus theoretically the possibility of improving the temperature control in the

bioreactor biogas plant based on fuzzy controller The mathematical model of temperature processes to increase productivity of biogas reactors with recycling of organic waste in the bioreactor based on the theory of fuzzy logic and linguistic variables Using this methodology takes into account the impact of qualitative and quantitative factors in the process of thermal stabilization of anaerobic processes Found that by the introduction of biogas plant biogas fuzzy controller to rise by over 10

REFERENCES

1 ГелетухаГГ МарценюкЗА

ЭнергетическийпотенциалбиомассывУкраине

Промышленнаятеплотехника minus 1998 minus 4 minus

С 52ndash55

2 СоуферС ЗаборскиО Биомассакакисточникэнергии Пер зангл

М Мир 1985 ndash 368 с

87

3 МовсесовГ Е

Биогазовыеустановкидляпереработкиорганическихотходовфермер

скиххозяйств Сотрудничестводлярешенияпроблемотходов

Материалы IV Международной конференции ndash Х ЭкоИнформ

2007 ndash С 176 ndash 179

4 Сербін ВА Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в

системах ТГВ Навч посібник ndash Макіївка ДонДАБА 2003 ndash 153 с

5 Гостьев ВИ Система регулирования температуры теплоносителя

на выходе смесителя нечеткими регуляторами

Радиоэлектроника Информатика Управление- 2005-2 ndash

С26-29

6 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

7 Панцхава ЕС Кошкин НЛ Биоэнергетические установки по

конверсии органических отходов в топливо и органические

удобрения Теплоэнергетика ndash 1993 ndash 4 ndash С 20ndash23

8 Ратушняк ГС Джеджула ВВ Підвищення продуктивності

біогазового реактора управлінням параметрами

вільноконвективнихпроцесів теплообміну Вісник Хмельницького

національного університету ndash 2006 ndash 2 ndash С 29ndash32

9 Ротштейн АП Интелектуальные технологии индентификации

Нечеткие множества генетические алгоритмы нейронные сети ndash

Винница УНІВЕРСУМndashВінниця 1999 ndash 320 с

10 Гостьев ВИ Нечеткие регуляторы в системах автоматического

управления-К laquoРадиоаматорraquo 2008 - 972с

11 Fand RU Kaye J Acoustic streaming near a heated cylinder The

journal of the acoustical society of America ndash 1966 ndash Vol 32 5 ndash Р

579ndash 584

88

Człapiński Krzysztof dr hab inż Klimkiewicz Marek dr inż Obstawski Paweł

Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena rozkładu temperatury zewnętrznej silnika ZS zasilanego olejem rzepakowym

WSTĘP

Rozpatrując specyfikę polskiego rolnictwa z dużą liczba właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych mamy do czynienia z dużą grupą użytkownikoacutew ciągnikoacutew rolniczych i pojazdoacutew napędzanych silnikami wysokoprężnymi często o niezbyt zaawansowanych rozwiązaniach technicznych Wielu z nich może zajmować się uprawą rzepaku na swoich polach a uzyskane w ten sposoacuteb nasiona można przetransportować do znajdującej się niedaleko tłoczni i otrzymać olej rzepakowy w zamian za dostarczony plon Taka grupa rolnikoacutew może zrzeszyć się w grupę producencką ktoacutera wykorzystywałaby naturalny olej rzepakowy w mieszaninie z olejem napędowym do zasilania własnych silnikoacutew wysokoprężnych omijając w ten sposoacuteb konieczność stosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych silnikoacutew [Bocheński 2003] Stosując takie rozwiązanie rolnicy mogliby liczyć na obniżone koszty eksploatacji Do tego dochodzi ważny element a mianowicie zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez stosowanie bezpieczniejszego paliwa oraz ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie czy spalanie czystego oleju rzepakowego w poroacutewnaniu z olejem napędowym wykaże roacuteżnice w wytwarzaniu energii cieplnej przez silnik W pracy została zastosowana metoda nieinwazyjna pomiaru temperatury powierzchni przy użyciu kamery termowizyjnej VIGOcam V50 Wykonując pomiary termograficzne należy zwroacutecić uwagę na parametry materiałoacutew ktoacuterych zbudowany jest obiekt (emisyjność) oraz parametry otoczenia (temperaturę wilgotność) [Minkina 2004]

CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem samochodu osobowego marki Ford Fiesta 18 D wyposażonego w dodatkową instalację do zasilania silnika czystym olejem rzepakowym Przykładowy schemat układu adaptującego standardowy układ zasilania dla potrzeb zasilania silnika czystym olejem rzepakowym przedstawia Rysunek 1

89

Rysunek1 Przykładowy schemat układu zasilania dwupaliwowego

METODYKA BADAŃ

W ramach badań przeprowadzono dwie proacuteby określenia rozkładu temperatury zewnętrznej silnika wysokoprężnego zasilanego olejem napędowym oraz czystym olejem rzepakowym

pierwsza proacuteba była wykonana w ustalonych warunkach pracy silnika (silnik osiągnął wymaganą temperaturę pracy) i przy zmianach w rodzaju paliwa zasilającego silnik zmiany paliwa zasilającego układ wtryskowy były dokonywane w pewnych odstępach czasu w celu uzyskania pomiaroacutew na paliwie jednorodnym (czas ten był potrzebny do oproacuteżnienia pompy wtryskowej z pozostałości poprzedniego paliwa) fotografie pracującego silnika były wykonywane przez kamerę w odstępach czasowych 5 sekund

druga proacuteba polegała na pomiarze zmian temperatury zewnętrznej silnika od momentu rozruchu (zimny start) do osiągnięcia optymalnej temperatury pracy przez silnik na wybranym rodzaju paliwa zasilającego a w końcowej fazie trwania proacuteby następowała zmiana paliwa zasilającego przy tej proacutebie wykonano dwa pomiary pierwszy pomiar przy zasilaniu układu wtryskowego olejem napędowym a drugi

ndash przy zasilaniu czystym olejem rzepakowym zdjęcia pracującego silnika były wykonywane przez kameręw odstępach czasowych 5 sekund

90

Rysunek 2 Widok stanowiska na ktoacuterym wykonano pomiary rozkładu temperatury silnika

WYNIKI BADAŃ

Rysunek 3 Przykładowy termogram silnika z przeprowadzonych badań

91

Powyższy rysunek przedstawia obraz termograficzny pochodzący z kamery VIGOcam V50 Kolory jaskrawe (żoacutełty i pomarańczowy) odzwierciedlają temperatury wysokie na powierzchni bloku silnika i oscylują w przedziale 70-90 degC a roacuteżnym odcieniom fioletowego odpowiadają temperatury w granicach 30-50 degC

Rysunek 4 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem rzepakowym (dla całego obszaru silnika)

Rysunek 5 Wykres zmian temperatury z proacuteby 2 przy zasilaniu olejem napędowym (dla obszaru wtryskiwacza)

WNIOSKI

1 Pomiar temperatury zewnętrznej powierzchni w skład ktoacuterej wchodzą elementy z roacuteżnych materiałoacutew za pomocą kamery termograficznej jest trudny do realizacji z powodu roacuteżnej emisyjności materiałoacutew z ktoacuterych wytworzony jest dany obiekt Roacuteżna emisyjność powierzchni

92

materiałoacutew jest głoacutewną przyczyną błędoacutew pomiarowych ktoacutere mogą wynieść nawet 30-40

2 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że temperatura maksymalna i średnia dla całego obszaru bloku silnika przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym była średnio wyższa o 3-5degC w poroacutewnaniu do pracy silnika na oleju napędowym

3 Z przeprowadzonych pomiaroacutew możemy wywnioskować że czas potrzebny do osiągnięcia przez silnik optymalnej temperatury pracy był kroacutetszy o około dwie minuty przy zasilaniu go olejem rzepakowym w poroacutewnaniu z olejem napędowym

LITERATURA

1 Bocheński CI Biodiesel - paliwo rolnicze Wyd SGGW Warszawa

2003

2 Lotko W Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami

węglowodorowymi i roślinnymi WNT Warszawa 1997

3 Minkina W Pomiary termowizyjne - przyrządy i metody Wydawnictwo

Politechniki Częstochowskiej Częstochowa 2004

4 Szlachta Z Zasilanie silnikoacutew wysokoprężnych paliwami rzepakowymi

WKIŁ Warszawa 2002

93

94

Evrenosoğlu Mehmet

Ege University Department of Agricultural Machinery Izmir (Turkey)

Mathematical modelling in silage mechanization

ABSTRACT

A mathematical model can be described as a system using mathematical language The process of developing a mathematical model is mathematical modelling Mathematical models are used not only in the natural sciences and engineering disciplines but also in social sciences physicists engineers economists statisticians operation research analysts use mathematical models most extensively Mathematical models can take many forms including but not limited to dynamical systems statistical models differential equations or game theoretic models A mathematical model usually describes a system by a set of variables and a set of equations that establish relationships between the variables In the field of agriculture many variables are non-linear and much harder to predict than any other fields This persuaded mathematical modelling to enter in to the fields of agriculture even faster In the present day almost all fields and parts of agricultural processes are modelled and simulated in order to understand and to decrease most of the efforts needed

In this study different models for forage mechanization is being studied and created simulations from these studies are used to investigate the conditions in Turkish forage harvestry systems In Turkey the capacity of the harvesting and trasporting are reasonably lower than EU because of the divided parcels and small areas This requires to develop adjusted simulations for Turkish agricultural silage mechanization

INTRODUCTION

Harvesting machinery for forage mechanization are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example TurkeyAegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole plant corn silage are approximately 34euroda (Provincial directorate of agriculture 2010) Values with rates per hour are more unstable due to large variety of machinery capacities Of the corn silage value approximately 10-20 is typically due to harvest and storage machinery cost Although the values are different for haycrop silage the percentage is similar Minimizing harvest cost depends on selecting the proper sizing and matching of equipment

Aegean and Marmara Regions in Turkey are the most dense regions for silage mechanization because of their climate suitable for silage The size of the lands for silage in those regions are significantly smaller comparing

95

to EU and USA and also divided This two situation (being small and divided) are obstacles for improved mechanized silage production Therefore there is huge variety of production techniques not only because of divided lands but also farmers having old habits and experiences from the past In order to develop a reasonable strategy for silage mechanization in those regions producers need benchmarks for the production chains In that point models and cycle analysis can help farmers to develop a strategy for minimizing cost of productions between the silage production chain However there are no significant studies about that problem and no reasonable mathematical models for silage productions have been formed since present days

MATERIALS AND METHODS

The objective of this study is to research the literature of existing models for silage mechanization and either adapting them or creating new models for Turkish agricultural conditions The existing literature has a chronology development paralel to the development of the silage mechanizationn First models that are created focus on the simple processes like pressing in silos different silo dimensions different knife forms and cutting techniques According to that chronology four main models that are chosen from many studies investigated These studies are

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

b) Equipment Matching For Silage Harvest

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

a) Factor Affecting Bunker Silo Densities

Attaining a high density in a silo is important for two primary reasons Firstly and most importantly density and dry matter content determine the porosity of the silage Porosity in turn sets the rate at which air moves into the silo and subsequently the amount of spoilage which occurs during storage and feedout Ruppel (1992) measured dry matter loss for alfaalfa silage and developed an equation to relate the loss to density Secondly the higher the density the greater the capacity of the silo Thus higher densities generally reduce the annual cost of storage per ton of crop by both increasing the amount of crop entering the silo and reducing crop losses during storage The factors affecting density in bunker and pile silos are not well understood General recommendations have been to spread the crop in 15 cm layers and pack continiously with heavy single-wheeled tractors In a survey of alfaalfa silage in 25 bunker silos Ruppel et al (1995) found tractor weight and packing time (mint) were the most important factors affecting density However both factors only explained a small fraction of

96

the variation observed and layer thickness was not measured The objectives in that study were to measure density in a wider range of bunker silos and correlate those densities with filling practices

In the study measured densities in over 160 bunker silos containing etiher corn or haycop (largely alfaalfa) silage Density was measured with a 5 cm diameter corer (Holmes 1996) taking cores at approximately chest height at four locations across the silage face Core depth distance from the top and distance from the floor were recorded Cores and a grab sample were researched to determine weight dry matter content and particle size distribution A survey was completed for each silo sampled Information from farmers included number of packing tractors tractor weight number of tires per tractor tire pressure tire condition number of drive wheels silage delivery rate packing time per day harvest time per day filling time filling technique silo dimensions maximum silage height crop crop maturity and theoretical lenght of cut These factors were than correlated with measured dry matter densities The range of densities and dry matter contents observed in haycrop and corn silages are shown in table 1 Ranges of dry matter densities were similar for both haycrop and corn silages Densities on the low end suggested little packing whereas the highest densities were in the range observed in tower silos Average dry matter densities were slightly higher than a recommended minimum density of 224 kgm3

Table 1 Summary of core samples collected from 168 bunker silos

Charasteristic Haycrop silage (87 Silo) Corn silage (81 Silo)

Average Range SD Average Range SD

Dry matter () 42 24-67 95 34 25-46 48

Wet density (kgm

3)

593 208-977 109 689 368-961 83

Dry matter (kgm

3)

237 105-434 38 232 125-378 29

Average particle size

(cm) 11 068-31 015 1 071-17 008

SD Standard deviation

The linear regression which explains 18 of the variation of estimated dry matter density (DMD) is expressed as

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3

where average depth (D) and packing factor are calculated as

D = average silage depth (m) = (height at wall + height at center) divide 2

97

CDMNL

WPF

W Proportioned average tractor weight (kg) for all tractors packing silage

Example Two tractor pack 100 of the filling time tractor 1 weighs 114 tons and tractor 2 weighs 68 tons Then the proportioned average tractor weight is (114+68)divide2=91 tons If tractor 1 packs 90 of filling time and tractor 2 is used 50 of the time then proportioned average tractor weight becomes (114x09+68x05)x[90divide(90+50)]=874 tons

L Layer thickness (m) of the spread but unpacked crop in the silo prior tp driving over it during the first packing pass

N Number of tractor-packing equivalents where N=1 when one tractor is packing continuously during the filling process This value can be fractional reflecting one or more tractor packing intermittently

Example If one tractor packs continiuosly during the silo filling process and another packs 50 of the filling time N=1+05=15 If there is only one packing tractor and it packs for 11 hday and the silo is filled 10 hday then N=1110=11

C Crop delivery rate (thr) to the silo

Using this equations for a bunker silo filling in Turkish farm land conditions had shown that importance on density is not given yet The values are taken from a dairy farm which is located in Aegean Region (Oumldemis) of Turkey The farm had a bunker silo which was 122 m wide had 32 m sidewalls and had material packed to a maximum depth of 43 m at the center The 35 of dry matter content silage was delivered to the silo at the rate of 90 th One packing tractor (65 tons) distributed silage with a blade to a depth of 03 m per layer and packed continiuosly when not pushing up silage A second tractor (5 tons) packed continiuosly Assuming a triangular shaped cross section above the walls the average silage depth was D=(3+43)divide2=365 m The average packing tractor weight was W = (65+5) divide2=575 tons The packing layer thickness was L = 03 m crop delivery rate was C=90 th and dry matter content was DM=035

Using these values the packing factor can be calculated as

CDMNL

WPF

=903502

30

755

=168

The expected dry matter density is

DPFmkgDMDMDEst 5308180528858 3 =1536 kgDMm3

Being less than 224 kgDMm3 a change in packing procedure would be beneficial A procedure was developed for estimating the density of a bunker based silage packing in this study Silage of high density experiences less dry matter loss than does that of lower density If the extra

98

efforts for saving silage are more than the cost of the achieving the savings then it is economically viable to implement the changes needed to achieve the savings

b) Equipment Matching for Silage Harvest

Harvesting machinery and associated costs are a large contributor to the cost of producing and delivering forages For example Turkeyrsquos Aegean Region custom rates for chopping hauling and packing whole-plant corn silage are approximately 280euroha (Aegean Region Provincial Diretorate of Agriculture 2010) rates per hour depend largely on machinery capacities With a typical corn silage yield of 50 tha machinery cost to harvest transport and store silage away are approximately 8euroton Selection and sizing of equipment is important to minimize harvest cost In forage harvesting systems there are significant equipment interactions as the crop moves from the field to the silo The harvester needs to interact with the transport units to align and either unload or switch trailers

Four different factors can limit the capacity of a machine depending on the field conditions and the operation These factors are power throughput capacity speed and traction In systems where machines must interact (such as harvest transport and unloading) the capacity of some machines can be limited by others this may necessiate ilde time for some machineslogistics at the unloading site are critical to system performance If forage can not be packed blown or bagged fast enough the storage site can become the bottleneck of the overall harvest system The blower and bagger capacity values are reasonably consistent with silo filling rates observed on 23 dairy farms the visited farms included 22 tower silos 23 bunker silos and 8 bags

For purposes of illustrating impact of transport system on harvester utilization and system capacity a 350 HP self-propelled forage harvester harvesting either haycrop or whole-plant corn silage was considered with different truck sizes For these simulations round trip trasport distance was 97 km and unloader capacity was non-limiting at (120tDMh) Alignment time of the transport units with harvester and unloader were set realistically at 1 min each and average transport speeds were 40 kmh With the small trucks use of a dump cart was compared to direct chopping into the trucks Harvester utilization (time harvested divided by total time) can not reach 100 due to alignment and interaction time with transport units Values near 100 are more desirable resulting in higher system capacity and lower harvest cost Because of power requirement capacity is lower in haycrops than whole-plant corn and the appriate number of transport units is lower The appropriate number and size of trucks required to keep a harvester maximally utilized depends on several factors including transport distance transport speed unloading rate and harvester power The impact of a reduction in number of transport units is illustrated in table 2 several comparisons can be made using the table4 to illustrate that

99

harvester utilization (hence production cost) is very sensitive to size and number of transport units in some situations

Table 2 Effect of number of trasport units on harvester utilization and system capacity with a 350 HP harvester 10 km round trip transport

distance and 40 kmh transport speed in wole-plant corn

Transport unit Harvest Method

Transport unit

capacity (tDM)

Number of

transport units

Utilization of harvester

(h harvestingh)

System capacity

(th)

Small Truck Dump cart 2 4 064 268

Small Truck Direct to truck 2 5 071 296

Medium Truck Direct to truck 35 4 083 348

Large Truck Direct to truck 5 3 083 345

Small Truck Dump cart 2 3 048 201

Small Truck Direct to truck 2 4 057 237

Medium Truck Direct to truck 35 3 065 272

Large Truck Direct to truck 5 2 055 230

The term of power times distance divided by transport unit capacity and speed was used to establish the functional form on an empirical model (R2=0997) for number of transport units required to keep a harvester maximally utilized The empirical model is

dhkmttDMtkmtkWcreqt ISVDPHCN 06107460440

Ntreq Number of transport units required to keep the harvester as busy as possible

Cc Crop coefficient (16 for whole-plant corn 10 for haycrops)

PH Power of the harvester kW

Dt Round trip transport distance km

Vt Capacity of each transport unit tDM

St Average speed of transport uni kmh

Id Indicator for direct chopping into transport units (1 if material was chopped directly in to transport = if a dump cart was used)

c) A Systems Approach to Forage Harvest Operations

After the transport models were developed It became usefull combining models with cycle analysis Together it became much easier to investigate systems and finding out their bottleneck points The principles and developmental steps regarding the use of cycle diagrams were outlined by

100

Hunt (1986) To manually draw a cycle diagram and perform an analysis the developmental steps are

Sketch the cycle to show the proper machine relationships

Mark the support times between individual machine cycles with a zigzag line Mark both machine loops at their points of interaction

Sum the cycle times required for each machine loop and select the largest to be the system cycle time

Add idle times to the other machine loops to bring their total times up to the total system time Identify this on the diagram with circles

Field efficiency can now be estimated more accurately when the machine in question is a part of the system

Outputs from a cycle analysis include system capacity labor efficiency and utilization rates for each machine Here is an example of an Turkish dairy farmrsquos corn silage process cycle (Figure 1)

Figure 1 Example of a corn silage process cycle diagram and output values

d) Computerized Cycle Analysis of Harvest Transport and Unload Systems

Cycle diagrams are relatively simple tools which can provide insight concerning the impact of equipment and operational changes on dynamic agricultural systems with interacting components or machinescycle analysis of machine systems that include harvest transport and unloading sub-systems requires machine capacity operational data and parameter input for each machine and operation Outputs include cycle time system capacity and idle time for each machine Efficiency measures of harvester transporter unloader and labor utilization can be computed Selection of machinery sets for agricultural field work has been accomplished with modeling and optimisation approaches Selecting machinery used in simultaneous operations requies consideration of the cycle for each machine With one cycle representing a ldquoroundrdquo by all transport units the volume per cycle is computed as

ttc NVV

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

101

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

Nt Number of transport units

Harvest The productive portion of a harvesterrsquos cycle consists of harvest time and interaction time with the transporter The primary contributor to the harvesterrsquos cycle time is the time to harvest the material per cycle

maxmax fmch ECVT

hthttht TRVIT 1

tththh NTTCT

Transport Productive transport time is spent interacting with the harvester or unloader or in transit Interaction time with the unloader is a combination of alignment and working time

umtatutu CVTT

ttt SDT

maxmax ffmhthht ECVVT

hhtthtttut TTTTCT

Unload Productive unloading time is spent with the transporter(s) The cycle time of the unloader is

tutu TNCT

System The system cycle time is the maximum of the cycle times of system components time required to align the harvester and transporter is assigned to the less busy of harvester and transporter Cycle time and idle time are therefore computed as

ahtthahtt TNCTTCT

Th Time for harvest (hcycle)

Thtt Time for harvesterTransporter interaction for material transfer (htransportercycle)

CTh Cycle time for for the harvester without idle or alignment time (hcycle)

Vc Volume per cycle harvest unitscycle (tcycle)

Cmmax Theoretical maximum material capacity of the harvester (harvest unitsh)

Efmax Maximum field efficiency of the harvester

Iht Indicator variable for simultaneous harvest and transfer (1yes0no)

Vt Volume of each transport unit harvest unitstransporter

TRh Transfer rate of storage volume on the harvester (harvest unitsh)

Nt Number of transport units

Ttu Time for interaction between transporter and unloader (htransportercycle)

Ttua Time for alignment of transporter and unloader (htransportercycle)

Cmu Material capacity of the unloader (harvest unitsh)

Tt Travel time (h)

Dt Average distance of travel (km)

St Average speed of travel (kmh)

Thth Time for harvester and transporter interaction due to harvest (htransportercycle)

CTt Cycle time for the transport unit(s) (hcycle)

CTu Cycle time for the unloader (hcycle)

CT Cycle time for the system (hcycle)

Tih Idle time for the harvester (hcycle)

Tit Idle time for the transporter(s) (htransportercycle)

102

utahtth CTCTTNCTCT max

ahtthhi TNCTCTT

tti CTCTT

uahtth CTTCTCTCT max

hhi CTCTT

ahttti TCTCTT

uui CTCTT

uiutithii TLTNTL

Utilization (time use efficiency) of each unit is computed from theoretical capacities or minimal component cycle times and actual system cycle time

CTECVU ffmch maxmax

CTTU tta

CTTCTU ttitb

CTCVU umcu

CTLLU i 11

ut LNL 1

maxmax mfhasys CEUC

CTVC cbsys

max masysactf CCE

Cycle analysis of harvesttransportunload systems involves straightforward computations Althought they are tedious computurizing the analysis in a spredsheet allows improvet understanding of the interrelationships and more rapid evaluation of alternative solutions

CONCLUSIONS

In the first part of the study models and simulations are studied and some of them are reorganized for Turkish agricultural systems Especially problems in the bunker loading site are significant in Turkey There has been no detailed study about the process chain of silage mechanization and there are no specific data for related conditions In the second part of the study these models and simulations will be used to create a database for silage process This database will be used to compare the current situation and routine working systems for preparing silage from forage

Tiu Idle time for the unloader (hcycle)

Li Idle time for labor (hcycle)

Lu Number of laborers at the unloader

Uh Harvest (h)

Uta Utilization of transporter (h travelhtransporter)

Utb Utilization of transporter (h busyhtransporter)

Uu Utilization of unloader (h unloadingh)

U1 Utilization of labour (h workingh)

Csysa System capacity (harvest unitsh)

Csysb System capacity (harvest unitsh)

Efact Actual harvester field efficiency fraction

103

material There are extensive problems on silage quality Some of them are mechanical and some are system based Forexample laborerrsquos and farmererrsquos inadeaquate knowledge on packing systems decrases the quality of the forage materials Ordinary labor work focuses on packing as fast as possible but forgetting to control the bulk density of the material Because of lack of unmatched equipment in the systems processes laborers only focus on the time of the work and spending efforts to keep it short There no data or spreadsheet supporting producers for decision making Economical production and better quality silage will become a key factor in the future having much more importance than present day because of global warming and more human population demanding on better and more efficient production in dairy industry

REFERENCES

1 ASAE 2002a S495 Uniform terminology for agricultural machinery

management In ASAE Standards 49th

2 ed ASAE St Joseph MI

3 ASAE 2002b EP4962 Agricultural machinery management In

ASAE Standards 49th ed ASAE St JosephMI

4 ASAE 2002c D4974 Agricultural machinery management data

InASAEStandards 49th ed ASAE St JosephMI

5 Hunt DR 1986 Engineering Models for Agricultural Production AVI

Publishing Westport CT

6 Lavoie G Gunjal K Raghavan GSV 1991 Soil compaction

machinery selection and optimum crop planning

7 Trans ASAE 34 (1) 2ndash8

8 Parmar RS McClendon RW Potter WD 1996 Farm machinery

selection using simulation and genetic

algorithms Trans ASAE 39 (5) 1905ndash1909

9 Rotz CA Buckmaster DR Mertens DR Black JR 1989

DAFOSYM A dairy forage system model forevaluating alternatives in

forage conservation J Dairy Sci 72 (11) 3050ndash3063

10 Rotz CA Muhtar HA Black JR 1983 A multiple crop machinery

selection algorithm Trans ASAE 26 (6)

11 1644ndash1649

12 Wiersma DW and BJ Holmes 2000 Estimating the weight of forage

in a forage wagon

104

Inż Grzmiel Marta dr hab inż Kupczyk Adam

Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Potencjał teoretyczny biopaliw powstałych z surowcoacutew odpadowych pochodzących z przemysłu mięsnego Theoretical potential of biofuel obtained from meat

industry waste material

SUMMARY

Every year a meat industry produces great amount of waste material which in case of mismanagement might be a burden to environment as well as a danger to people Due to the presence of organic components the process of utilization is intricate and costs are very high in Poland In consequence the effective and economically viable methods of recycling are searched for The main waste material of meat industry constitutes of refuse fats from abattoirs It need to be stressed that in Poland the supply of wholesome fat is not sufficient which does not allow its use for energy purposes

Key words waste material meat industry biodiesel biogas

STRESZCZENIE

Przemysł mięsny wytwarza co roku znaczące ilości odpadoacutew ktoacutere w przypadku niewłaściwego zagospodarowania są uciążliwe dla środowiska i mogą być niebezpieczne dla ludzi W Polsce koszty ich utylizacji są wysokie a cały proces skomplikowany ze względu na to że w ich skład wchodzą odpady organiczne Skutkiem tego jest poszukiwanie skutecznych i opłacalnych metod zamiany odpadoacutew w inne produkty Głoacutewny odpad przemysłu mięsnego stanowią tłuszcze odpadowe z ubojni Należy podkreślić że podaż pełnowartościowego tłuszczu w Polsce jest zbyt mała i nie pozwala na jego energetyczne wykorzystanie

WSTĘP

Odpady mięsne charakteryzują się wysokim udziałem związkoacutew organicznych Ich zawartość szacuje się na 50-801 W przemyśle mięsnym wyroacuteżnia się sześć grup odpadoacutew

Odpady rzeźne operacyjne (mają największy udział- 37)

Odpady z zawartością chlorkoacutew

1 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

105

Gnojowica

Osady ściekowe

Odpady energetyczne

Odpady komunalno-gospodarcze

Odpady z przemysłu mięsnego można także podzielić na miękkie i twarde Do miękkich zaliczamy krew poubojową jelita wole przełyki skrawki skoacutery odpady mięsno-tłuszczowe zawartość przewodoacutew pokarmowych błony śluzowe gnojowicę wnętrzności i podroby osady z oczyszczania ściekoacutew soacutel z konserwacji skoacuter i jelit Odpady twarde to pierze odpadowe łapy i głowy drobiowe szczecina włosie rogi racice kopyta kości2

Możliwości wtoacuternego wykorzystania tych odpadoacutew są roacuteżne przedstawia je tabela 1

2Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew

ubocznych z przemysłu mięsnego Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

106

Tabela 1 Rodzaje produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego i możliwości ich wtoacuternego wykorzystania

Rodzaj odpadu Zastosowanie

Mięso świeże ( ze starych koni i kroacutew ) pasza naturalna dla mięsożernych zwierząt futerkowych domowych i z ogrodoacutew zoologicznych

Krew niespożywcza składnik mączek paszowych

Niegarbarskie części skoacuter produkcja żelatyny aminokwasoacutew osłonek wędliniarskich nici i gąbek i nici chirurgicznych błon do przeszczepoacutew tętnic tworzyw skoacuteropodobnych klejoacutew kosmetykoacutew paszy

Odpady mięsno-tłuszczowe ze skoacuter produkcja pasz

Szczecina produkcja szczotek pędzli pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Włosie produkcja szczotek pędzli smyczkoacutew muzycznych filtroacutew sit surowiec tapicerski i filcowy produkcja pasz hydrolizatoacutew nawozoacutew

Rogowizna produkcja przedmiotoacutew użytkowych i galanteryjnych pasz hydrolizatoacutew mączek keratynowych nawozoacutew klejoacutew

Zawartość przewodoacutew pokarmowych nawoacutez pasza dodatek do surowcoacutew utylizacyjnych

Odpady jelit surowiec utylizacyjny

Błona śluzowa jelit produkcja preparatoacutew farmaceutycznych i pasz

Odpady tłuszczowe tłuszcz techniczny i pasze

Kości produkcja klejoacutew żelatyny pasz odzyskiwanie fosforu

Błony- w tym błony surowicze źroacutedło kolagenu

Soacutel z konserwacji skoacuter i jelit oraz peklowni

na razie brak racjonalnego wykorzystania

Inne surowce utylizacyjne pasze tłuszcz techniczny

Gnojowica Nawoacutez

Osady ściekowe nawozy pasze

od listopada 2004 r odpady pochodzenia zwierzęcego ( z wyjątkiem ryb i plazmy krwi ) nie mogą być przeznaczone do produkcji mączek paszowych

Źroacutedło Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego zeszyt 4

Skład i właściwości fizykochemiczne tłuszczoacutew technicznych wykazują brak zagrożenia ekologicznego przy termicznej obroacutebce Zawartość wilgoci i popiołu kształtuje się na poziomie podobnym jak przy oleju opałowym Tłuszcze techniczne nie zawierają w swoim składzie żadnych substancji

107

ktoacutere po spaleniu mogłyby okazać się szkodliwe dlatego są one dobrym surowcem do produkcji paliw

CEL I ZAKRES

Celem pracy zaprezentowanej w artykule jest analiza zasoboacutew surowcoacutew odpadowych przemysłu mięsnego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce Do zrealizowania sformułowanego powyżej celu w pracy przeprowadzono obliczenia i analizę ktoacuterych zakres obejmuje

Charakterystykę przemysłu mięsnego wraz z prognozą do 2020 roku

Określenie wspoacutełczynnikoacutew opisujących ilość odpadoacutew z danego sektora

Określenie wspoacutełczynnikoacutew do przeliczenia ilości odpadoacutew na ilość biopaliwa

Obliczenie potencjału teoretycznego biopaliw z prognozą do 2020 roku

Analiza została przeprowadzona w oparciu o dane literaturowe

CHARAKTERYSTYKA RYNKU MIĘSA

Rynek wieprzowiny

Ostatnie lata były najdłuższym okresem systematycznego pogarszania warunkoacutew chowu trzody chlewnej i w związku z tym ograniczania tego chowu W lipcu 2009 roku pogłowie wynosiło 143 mln sztuk Ocenia się że w 2010 roku pogłowie trzody chlewnej może liczyć około 15 mln sztuk W 2008 roku produkcja żywca wieprzowego w wbc wyniosła 2483 tys ton i była mniejsza w poroacutewnaniu z rokiem ubiegłym o 105 Przewiduje się że rok 2011 będzie charakteryzował się wzrostem produkcji Łączny eksport wieprzowiny w 2008 roku wynioacutesł 399 tys ton a import 514 tys ton Eksport żywca przetworoacutew i tłuszczoacutew wieprzowych w I poacutełroczu 2009 roku ukształtował się na poziomie 151 tys ton w ekwiwalencie mięsa Import produktoacutew wieprzowych wynioacutesł w 2008 roku 514 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku wynioacutesł on 259 tys ton w ekwiwalencie mięsa

Rynek wołowiny

W czerwcu 2009 roku pogłowie kroacutew było mniejsze o 42 w poroacutewnaniu z rokiem poprzednim a pogłowie bydła ogoacutełem o 1 Produkcja żywca wołowego w 2008 roku wzrosła o 24 W I poacutełroczu 2009 roku produkcja żywca wołowego była większa o 85 niż w I poacutełroczu roku poprzedniego W 2008 roku liczba urodzonych cieląt wyniosła 2351 tys sztuk W I poacutełroczu 2009 roku liczba ta zmniejszyła się o 12 Zmniejszył się roacutewnież uboacutej cieląt o ok 2 Łączny eksport żywca mięsa i przetworoacutew

108

wołowych w 2008 roku wynioacutesł 263 tys ton W I poacutełroczu 2009 roku import mięsa wołowego był zbliżony do roku poprzedniego3

3 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

109

PROGNOZA RYNKOWA

Uboje bydła mogą się zmniejszać o 21 rocznie natomiast w ubojach trzody chlewnej może kształtować się tendencja wzrostowa4

Tabela 2 Uboje całkowite bydła i trzody chlewnej w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

W następnych latach produkcja mięsa wołowego może się zmniejszać w tempie 26 rocznie do ok 300 tys t w 2020 roku5

Tabela 3 Produkcja wołowiny i wieprzowiny w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

POTENCJAŁ TOERETYCZNY BIOPALIW

Dane określające uboacutej bydła i trzody chlewnej (tab 2) oraz produkcję żywca wołowego i wieprzowego (tab 3) służą obliczeniu szacunkowej produkcji odpadowych tłuszczy zwierzęcych

4 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214)

5 Biuletyn informacyjny ARR 2009 Nr 4 (214) s 36

110

Tabela 4 Szacunkowa produkcja tłuszczy zwierzęcych (odpadowych technicznych) w poszczegoacutelnych latach

Wyszczegoacutelnienie 2009 2010 2011 2012

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego (mln szt)

1300 1273 1246 1220

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013 = 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4648 ok 4551 ok 4454 ok4362

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

21 2617 262 263

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001 =066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1386 ok 1727 ok1729 ok 1736

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

783 650 392 382

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 3915 325 196 191

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

47 39 235 23

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 47 ok 39 ok 235 ok 23

Lata 2009 2010 2011 2012

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2286 2393 2396 2404

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 914 957 958 961

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

46 478 48 48

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 46 ok 478 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe ok 696 ok 715 ok 69 ok 68

111

tłuszcze i po utylizacji (tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2013 2014 2015 2016

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1194 1169 1144 1120

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 4269 ok 4179 ok 409 ok4004

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

263 265 267 267

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1736 ok 1749 ok 1762 ok 1762

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

375 364 357 353

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 1875 182 1785 1765

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

225 218 214 2118

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 225 ok 218 ok 214 Ok 212

Lata 2013 2014 2015 2016

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2411 2421 2429 2420

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 964 968 971 968

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4822 4842 4858 484

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 48 ok 48 ok 49 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji

ok 671 ok 663 ok 656 ok 645

112

(tys t)

Tabela 4

Wyszczegoacutelnienie 2017 2018 2019 2020

Tłuszcze zwierzęce z ubojni (niejadalne)

Uboacutej żywca wołowego ( mln szt)

1096 1073 1050 1028

kg tłuszczu na sztukę (kgszt)

550x013= 7152

550x013=7152

550x013=7152

550x013=7152

Masa tłuszczu wołowego na cele techniczne (mln kg)

ok 3918 ok 3836 ok 3754 ok 3675

Uboacutej żywca wieprzowego (mln szt)

268 269 269 27

kg tłuszczu odpadowego na sztukę (otoka przy jelitach inne odpadowe) (kgszt)

110X06x001=066

066 066 066

Masa tłuszczu wieprzowego (mln kg)

ok 1769 ok 1775 ok 1775 ok 1782

Tłuszcze zwierzęce produkowane z surowcoacutew odpadowych (z zakładu utylizacji)

Żywiec wołowy w (tys t)

346 340 325 321

Odpady () 50 50 50 50

Pozostałość (tys t) 173 170 1625 1605

Odpady 1 kat () 12 12 12 12

Masowo odpady 1 kat (tys t)

2076 204 195 1926

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

ok 2 ok2 ok 2 ok 19

Lata 2017 2018 2019 2020

Żywiec wieprzowy w (tys t)

2414 2410 2400 2390

Odpady () 40 40 40 40

Pozostałość (tys t) 965 964 960 956

Odpady 1 kat () 5 5 5 5

Masowo odpady 1 kat (tys t)

4828 482 48 478

Tłuszcz w odpadach 1 kat (10)

10 10 10 10

Masowo tłuszcz w 1 kat (tys t)

Ok 48 ok 48 ok 48 ok 48

Łącznie tłuszcze zwierzęce z ubojni i utylizacji (łącznie)

Łącznie odpadowe tłuszcze i po utylizacji (tys t)

ok 637 ok 63 ok 621 ok 613

113

Źroacutedło wskaźniki do obliczeń przyjęto na podstawie E Piotrowski IPMiT w Warszawie oddział w Poznaniu oraz K Dowgiałło Dep Weterynaryjny MRiRW W Sikorki ndash ZM Skiba Chojnice

Łączną ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020 przedstawia tabela 5

Tabela 5 Łączna ilość tłuszczy odpadowych powstałych w latach 2009-2020

Źroacutedło opracowanie własne

Wydajność produkcji biogazu z tłuszczu kształtuje się na poziomie 800 m3tonę substratu6 natomiast ilość biodiesla wytworzonego z tłuszczu zwierzęcego w każdym kolejnym roku jest proporcjonalna do ilości tłuszczy odpadowych jakie wytworzył przemysł mięsny7

Tabela 6 Szacunkowa ilość biogazu i biodiesla możliwa do wytworzenia z tłuszczu zwierzęcego w latach 2009-2020

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Łącznie tłuszcze odpadowe i po

utylizacji [tys Ton]

696 715 69 68 671 663

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

55680 57200 55200 54400 53680 53040

Biodiesel [tys ton]

696 715 69 68 671 663

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Łącznie tłuszcze odpadowe i po utylizacji[tys ton]

656 645 637 63 621 613

Biogaz z tłuszczu [tys m

3]

52480 51600 50960 50400 49680 49040

Biodiesel [tys ton]

656 645 637 63 621 613

Źroacutedło obliczenia własne

6 httpwwwpostcarbonpl 2009

7 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

114

Tabela 7 Ilość paliwa z odpadoacutew w przeliczeniu na tony oleju ekwiwalentnego

Wyszczegoacutelnienie Lata

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Biodiesel

[ktoe]

617 631 609 60 593 585

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 307 314 303 299 295 291

Wyszczegoacutelnienie Lata

2015 2016 2017 2018 2019 2020

Biodiesel

[ktoe]

579 57 563 556 548 541

Biogaz z tłuszczu

[ktoe] 288 283 28 277 273 269

Źroacutedło opracowanie własne

Tabela 8 Potencjał teoretyczny biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku (ktoe)

Wyszczegoacutelnienie Rynek mięsa

Biodiesel

[ktoe]

6992

Biogaz

[ktoe] 3479

Źroacutedło opracowanie własne

PODSUMOWANIE

1 Przemysł mięsny każdego roku wytwarza znaczące ilości odpadoacutew

ktoacutere mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw ze względu

na wysoki potencjał energetyczny

2 Głoacutewnym odpadem powstającym w sektorze mięsnym

wykorzystywanym do produkcji biopaliw może być odpadowy tłuszcz

zwierzęcy

115

3 Ilość tłuszczu zwierzęcego powstałego przy przetwoacuterstwie mięsa

do 2020 roku szacuje się na 7917 tys ton

4 Potencjał produkcji biopaliw z odpadoacutew z rynku mięsa do 2020 roku

szacowany jest na 6992 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew zostanie

wytworzony biodiesel lub 3479 ktoe przy założeniu że z odpadoacutew

zostanie wytworzony biogaz

LITERATURA

1 Biuletyn informacyjny Podaż i popyt w Europie a perspektywy

produkcji rolniczej w Polsce ARR 2009 Nr 4 (214) s 36- 49

2 httpwwwpostcarbonpl 2009

3 httpwwwrsi-wielkopolskapl 2009

4 Rynek mięsa Stan i perspektywy IERiGŻ MRiRW ARR 2009 Nr 37

5 Sobczak A Błyszczek E (2009) Chemia Kierunki

zagospodarowania produktoacutew ubocznych z przemysłu mięsnego

Wyd Politechniki Krakowskiej zeszyt 4

116

Kasina Marek Belaacuten Miroslav Tarasovičovaacute Adriana

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov(Slovak Republic)

Comparation of influence of different coatings ON lifespan of mill

INTRODUCTION

Wear arises by impact of friction of cut chip pieces and workpiece surfaces with the tool Its mechanism is characterized by friction of little elements of tactile layers and their removal in form of products of friction from cutting area Wear of cutting wedge has faster progress than wear of machine parts even though that physical nature is the same Cause should be found in peculiarity of friction process in manufacturing cutting New metal surfaces come to contact with cutting material at all times [5]

1 SPECIFICATION OF EXPERIMETAL CONDITIONS

11 CATEGORIZATION OF EXPERIMENT

As the measurements are focused on verification of durability of cutting materials selected on the base of previous testing the long-term method of testing was chosen These methods of long-term testing have the disadvantage of huge time and material consumption although they are more precise as short-term tests

12 CHARACTERISTIC OF EXPERIMENTAL ENVIRONMENT

For the purposes of experiment there was CNC machining center HAAS VF- 1B utilized that is situated in laboratory of Cracow Polytechnics in Cracow Poland

121 CUTTING CONDITIONS

From the viewpoint of cutting conditions established for these experiment the dimensions of relevant workpieces were taken into consideration together with requirements of measurements that should provide the results Entire experiment was realized as long-term durability testing

Established conditions

Spindle speed n with value of 1800 otmin-1

Cut depth ap with value 15 mm

Cutting speed vc with value 34 mmin-1

117

feed rate vf with value 004 mmteeth

122 MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS

As a workpiece material there was steel used marked as STN 17 241 EN X5CrNi 18-10 that is austenitic chrome-nickel steel with very good corrosion resistance good plasticity in cold stage and good weldability

As tool materials there were three kinds of HSS grooving mills with two wedges and diameter of 6 mm (obr2)

A coatless

B with coating ALTiN

C with coating AlTiSiN

123 EXPERIMENT PROCEDURE

According to determined parameters (coating type of cutting plate cutting speed cut depth and feed rate) the verification of durability of mills was started Experiment was realized on material with dimensions 200x100x50 (obr1) With all tool crossing movements the cutting conditions were kept constant As first tested mills samples bdquoAldquo with no coating were tested Second tested were bdquoBldquo samples with AlTiN coating Finally bdquoCldquo samples were tested with AlTiSiN coating After each tool crossing movement the time of tool engagement was measured together with tool wear Milling was realized until the wear reached the value of VBB = 600 microm Wear was monitored with use of optical device with decuple optical zoom With respect to selected material STN 17 24 the wear at first two tool crossings was zero With further tool crossings the wear reached the value of VBB = 200 microm This value was constant until the wear started to increase swiftly what was obvious also from width of working trajectory of the tool Individual measured values were graphically evaluated

Fig1 Fig2

118

2 RESULTS

Fig3 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with no coating bdquoAldquo

Fig 4 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiN coating bdquoBldquo

Fig 5 Graphical interpretation of experimental results for HSS grooving mills with AlTiSiN coating bdquoCldquo

119

3 CONCLUSION

Cutting tools for engineering manufacturing are produced of different materials ndash starting from tool steel (high-speed) through sintered carbides (coatless or with hard coating) cermets cutting ceramics to very hard materials (synthetic diamond and cubic boron nitride) This wide assortment of materials is the result of long and intensive research and development in that area and is connected with development of constructional materials that need to be machined Currently and neither in close future there are no expactations in invention of brand new cutting material Therefore the efforts of all research teams in area of cutting materials focus to improvements of technological aspects with precise of application area [5]

Contribution is created woth support of ministry of education of Slovak Republic with exploitation of grant VEGA 1088510 From presented graphs it is obvious that with HSS mills labeled as bdquoAldquo samples lowest durability was achieved as the mills engagement was shortest With mills with AlTiN coating that were labeled as bdquoBldquo samples the impact of coating was observed while reaching doubled lifespan Highest value of lifespan was documented on graph C and achieved after use of HSS mills with AlTiSiN coating lebeled as bdquoCldquo samples Their engagement time was three times longer than with coatless bdquoAldquo samples This experiment confirmed that development and research in the area of tool coating has still significant importance

REFERENCES

1 Biacutelek O Lukovics I Experimental simulation of heat and stress

formation for surface grinding In Katelinic B Daaam International

Scientific Book 2008 7th ed Vienna Austria Daaam International

Vienna Vienna 2008 pp 35-42 ISBN 978-3-901509-69-0

ISSN 1726-9687

2 Buda J Bekeacutes J Teoretickeacute zaacuteklady obraacutebania kovov 1 vyd

Bratislava SVTL 1967 700 s ISBN 63-046-67

3 Neslušan MTurek S Brychta J Čep R Tabaacuteček M

Experimentaacutelne metoacutedy v trieskovom obraacutebaniacute Žilina 2007 ISBN 978-

80-8070-711-8

4 Vasilko K Teoacuteria rezneacuteho procesu 1vyd Prešov 2006

ISBN 80-8073-586-7

5 Humaacuter A Materiaacutely pro řezneacute naacutestroje Praha 2008 ISBN 978-80-

254-2250-2 Lukovics I Biacutelek O High Speed Grinding Process

Manufacturing Technology 2008 8 12-18 ISSN 1213248-9

120

KovalyshynOleh

Lviv National Agrarian University

Usingcloud computingtechnologyin education process

ANNOTATION

This paper considers thetechnology ofcloudcomputing its

structureandmethodsof applicationtoimprovethe educational process

INTRODUCTION

Cloud computing refers to the provision of computational resources on demand via a computer network such as applications databases file services email etc In the traditional model of computing both data and software are fully contained on the users computer in cloud computing the users computer may contain almost no software or data (perhaps a minimal operating system and web browser only) serving as little more than a display terminal for processes occurring on a network of computers far away Common shorthand for a provided cloud computing service (or even an aggregation of all existing cloud services) is The Cloud

The phrase ldquocloud computingrdquo originated from the cloud symbol that is usually used by flow charts and diagrams to symbolize the internet The principle behind the cloud is that any computer connected to the internet is connected to the same pool of computing power applications and files Users can store and access personal files or use productivity applications

121

on a remote server rather than physically carrying around a storage medium such as a DVD or thumb drive Almost all users of the internet may be using a form of cloud computing though few realize it [1]

Cloud computing involves pooling the processing power of multiple remote computers in the cloud to achieve a task such as data warehousing of hundreds of terabytes managing and synchronizing multiple documents online or computationally intensive work These tasks would normally be difficult time consuming or expensive for a single computer to accomplish The result of this processing is then served using the Internet to one or more clients working on their local computer

The National Institute of Standards and Technology (NIST) provides a specific definition

Cloud computing is a model for enabling convenient on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (eg networks servers storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2]

Cloud computing describes a new supplement consumption and delivery model for IT services based on Internet protocols and it typically involves provisioning of dynamically scalable and often virtualized resources It is a byproduct and consequence of the ease-of-access to remote computing sites provided by the Internet This frequently takes the form of web-based tools or applications that users can access and use through a web browser as if they were programs installed locally on their own computers

Typical cloud computing providers deliver common business applications online that are accessed from another Web service or software like a Web browser while the software and data are stored on servers

Most cloud computing infrastructures consist of services delivered through common centers and built-on servers Clouds often appear as single points of access for consumers computing needs Commercial offerings are generally expected to meet quality of service requirements of customers and typically include service level agreements

The key characteristic of cloud computing is that the computing is in the cloud that is the processing (and the related data) is not in a specified known or static place(s) This is in contrast to a model in which the processing takes place in one or more specific servers that are known All the other concepts mentioned are supplementary or complementary to this concept [3]

122

HOW TOUSECLOUD COMPUTINGTOIMPROVETHE EDUCATIONALPROCESS

Inpracticecloud computingtechnologycan be usedtofacilitatethe learning processinestablishments of higher education Accordingtothe developedproject information required forstudentsduringthe learning process(literature applications software simulators etc) placedon the local serverof the institutionand eachcomputerthat isconnectedto theLANcan accessthese products Thismethodgives atremendousadvantage because theres noneed toinstallsoftwareon eachcomputerseparately simplifyingadministrationof computerclasses andminimizingcarejobs An importantadvantageis thepossibility ofproviding for studentsindividualrooms on the serverwheretheycanposttheir owninformation concerning withtraining In fact studentsrsquo attachment to the workplace disappears from any computer in the university access to the software package as well as their own rooms is granted

Technologyallowsimprovingcomputer studentstestingbecause itminimizesthe chance of interventiontothe applicationof unauthorized personsduring testing This is provided by that the local computer where the actual testing process rakes place has no server side program or processes associated with it which does not allow to hack it Interference in testing process needs to break the server which is ten times harder In addition there is no need to install the testing program on each computer separately Process of updating software changing databases issues is simplified Test results may be available to students through the cloud as an Internet application

Thistechnologybecomessignificant in practicedue tothe factthat existent standardsof educationof engineerstraining areas such as ldquoProcesses machinesandequipmentAIPrdquo rdquoPower engineering and electro technical systems in AIC rdquo ldquoMechanicalldquo ldquoCartransportrdquosoprovide for passing offinalstateexam in the form of test Thanks tothis technologyit is easily toconvertthis examoncomputertestingthatwillsignificantlyreducethe timeof its carrying out and will expandopportunitiesandthe terms of preparationetc

Cloud computingcan alsobe usedas oneof theoptions fordistance learningby making theaccessto theinformationavailable on theserverfrom the Internet Instructional materialsneededfor training must be placedon the serverwherethey will be availableto students The evaluations are conductedusingthe softwarepresented on it Resultsare placedinappropriate studentsrooms where theywere available to theteachers Thismethodcan be usedforongoing monitoringof students registration of the progressof theirstudiesforsome definite period oftime alwaysdeterminingtheirrating

123

CONCLUSIONS

1 Cloud computing technologies have wide a use in the educational

process for its improvement and provide students with additional

opportunities

2 Cloud computing technology is a simple method of implementation of

the methods of computer testing during passing of final state exams by

students of engineering directions if itrsquos provided by existing standards

of education

3 Cloud computing can also be used as one of the variants of distance

studying and constant current control students knowledge of particular

subjects and it presents an opportunity to determine continuously their

rating according to the results

REFERENCES

1 John Rittinghouse James Ransome Cloud Computing

Implementation Management and Security CRC Press 2009

ISBN 1439806802

2 Michael Miller Cloud Computing Web-Based Applications That

Change the Way You Work and Collaborate Online 2008

ISBN 0789738031

3 John Rhoton Cloud Computing Explained Implementation Handbook

for Enterprises 2009 ISBN 9780956355607

124

Kręgielewski Michał Demkowicz Olga Poznańska Katarzyna Sudoł Katarzyna Kuriata Maria Pęczuła Małgorzata Tarabichi Marta Poacutełtorak Gabriela Szyndzielorz Aneta

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykorzystanie metod biotechnologicznych do produkcji wybranych przedstawicieli Rhododendron

Biotechnological methods using to production Rhododendron chosen representatives

ABSTRACT

Decorative qualities and constant demand on Rhododendron are the reasons of perfecting and using micropropagation methods on large scale ndash to mass proliferation of this plants [Bojarczuk 1995 Gertere i Tomsone 1996 Tomsone i wsp 2004 Almeida i wsp 2005 Vejsadova 2008] Meristems fragments and floral inmature buds are using as primary explants to culture iniciation The objective tests was valuation of growth regulators influence on micropropagation of Rhododendron hybrid received in Forest Arboretum in Slizow which is characterized by relatively dark flowerrsquos color rare found among Rhododendrons Technics based on micropropagation permit to get its hybrid seedlings on the mass scale and keep it values because backwoods constitute only the single shrub This technic limits application traditional methods of vegetative proliferation by coupling or cuttings in arboretum and generative proliferation may cause loss this mark Andersonrsquos [1984] medium was applicated as the basic medium and it was modificated by Bojarczuk [1994] Basic medium was supplemented by phytohormons in differentiated concentration (cytokines ndash 2iP 2-8 mgl and auxins ndash IAA 02-4 mgl TDZ 01-02 mgl) and its combination

WSTĘP

Rodzaj Rhododendron oznacza zaroacutewno Roacuteżaneczniki - zimozielone oraz Azalie ndash zrzucające liście W rodzaju Rhododendron oznaczono 850 gatunkoacutew krzewoacutew i krzewinek występujących od strefy arktycznej do goacuter tropikoacutew Naturalnie większość gatunkoacutew występuje w Azji w goacuterach Chin i Himalajach w formie goacuterskich zarośli Jest to rodzaj o niezwykle dużym zroacuteżnicowaniu dekoracyjnych form kwiatoacutew niestety najczęściej nie mrozoodporny w warunkach Polski wyjątek - Rhododendron luteum Azalia pontyjska wcześniej traktowana jako flora rodzima Polski teraz gatunek uznany za zawleczony przez Tataroacutew Charakterystycznym warunkiem zdrowego wzrostu większości roacuteżanecznikoacutew jest zapewnienie im podłoża o kwaśnym odczynie ndash pH 4-5 Jest to cecha typowa dla rodziny

125

EricaceaeHodowla roacuteżanecznika rozwija się głoacutewnie w kierunku tworzenia odmian dpornych na niekorzystne czynniki środowiskowe abiotyczne - mroacutez zasolenie suszę oraz biotyczne ndash patogeny (fitoftoroza mączniak prawdziwy szara pleśń mączlik roacuteżanecznikowy kibitnik azaliaczek mszyca azaliowa i inne) oraz o coraz to bardziej wysublimowanych walorach dekoracyjnych Sposoby rozmnażania Rhododendronoacutew można podzielić na proste (nielaboratoryjne) oraz laboratoryjne Proste to odkłady (proste ndash pędy przyginane do ziemi powietrzne ndash nacięcie pędu w ktoacuterym umieszcza się ukorzeniacz oraz torf zawinięte folią do czasu wydania korzeni przybyszowych) a także sadzonki poacutełzdrewniałe ndash pobrane z pędoacutew wierzchołkowych i ukorzeniane w ukorzeniaczu Do laboratoryjnych sposoboacutew rozmnażania zaliczamy kultury in vitro (mikropropagacja)

Powodem doskonalenia i wykorzystania na szeroką skalę metod mikropropagacji do masowego mnożenia roacuteżanecznikoacutew są w szczegoacutelności walory dekoracyjne i stały popyt na te rośliny Jako eksplantaty pierwotne do inicjacji kultur wykorzystuje się fragmenty merystemoacutew i pąki kwiatowe Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu regulatoroacutew wzrostu na mikropropagację mieszańca roacuteżanecznika otrzymanego w Arboretum Leśnym w Ślizowie charakteryzującego się stosunkowo ciemnym zabarwieniem kwiatoacutew rzadko spotykanym wśroacuted roacuteżanecznikoacutew

MATERIAŁ I METODY

Materiał do założenia doświadczenia stanowiły eksplantaty wtoacuterne w postaci pięciolistnych pędoacutew umieszczanych na pożywce Alo (kontrola) oraz wzbogaconej następującymi regulatorami wzrostu (mgl)

1 Al0 2 Al0+20 22iP+02IAA 3 Al0+20 22iP 4 Al0+20 22iP+02IAA+05TDZ 5 Al0+80 22iP+20IAA+05TDZ

Jako pożywkę podstawową zastosowano pożywkę Andersona (1984) z modyfikacjami (AL) zaproponowanymi przez Bojarczuk (1995) W drugiej fazie doświadczenia materiał przełożono na pożywkę MS Doświadczenie założono w pięciu powtoacuterzeniach (powtoacuterzeniem były szklane naczynia ze sterylnymi warunkami w ktoacuterym było 5 eksplantatoacutew) Pomiary wykonano po 15 miesiącu a następnie kolejny raz po przełożeniu na pożywkę MS bez regulatoroacutew wzrostu Obserwowano wielkość eksplantatoacutew liczbę korzeni i liści obecność pędoacutew bocznych pędoacutew przybyszowych tkanki kalusowej

126

WYNIKI

Metoda kultur in vitro składa się z kilku następujących po sobie etapoacutew do ktoacuterych należą pozyskanie sterylnego materiału roślinnego przeniesienie materiału na pożywkę w celu inicjacji kultury pobudzanie do wzrostu eksplantatoacutew pierwotnych za pomocą fitohormonoacutew wielokrotne pasażowanie roślin do momentu uzyskaniu odpowiedniej ilości mikrosadzonek o wysokiej jakości wysadzenie do warunkoacutew in vivo W ten sposoacuteb uzyskuje się gotowy materiał handlowy Na bazie wykonanego doświadczenia można wywnioskować że wykorzystanie techniki opartej na mikropropagacji pozwoli na uzyskanie sadzonek tego mieszańca na skalę masową zachowując jego walory Matecznik do pozyskania eksplantatoacutew pierwotnych stanowił tylko pojedynczy krzew W tym przypadku ogranicza to zastosowanie tradycyjnych metod wegetatywnego mnożenia poprzez szczepienie czy sadzonkowanie w szkoacutełce Stwierdzono następczy wpływ zastosowanych regulatoroacutew wzrostu co było widoczne w postaci rozwijających się pędoacutew przybyszowych z morfogennej tkanki kalusowej

Najprzydatniejszą pożywką do namnażania (w celu uzyskania licznych pędoacutew przybyszowych) okazały się pożywki Al0 +20 22iP Al0 +20 22iP+02IAA+05TDZ oraz Al0 +80 22iP+20IAA+05TDZ na ktoacuterych odnotowano od 70 -97 eksplantatoacutew z morfogenną tkanką kalusową regenerującą w nowe pędy

LITERATURA

1 Almeida R Gonccedilalves S Romano A 2005 In vitro micropropagation of endangered Rhododendron ponticum L subsp baeticum (Boissier amp Reuter) Handel-Mazzetti

2 Bojarczuk K 1994 a In vitro rapid propagation of Rhododendron cultivars from callus and bud cultures

3 Bojarczuk K 1996 Regeneracja wybranych odmian roacuteżanecznikoacutew z pąkoacutew bocznych i przybyszowych w kulturach in vitro

4 Vejsadovaacute H 2008 Growth regulator effect on in vitro regeneration of Rhododendron cultivars

127

Inż OsypiukRoman dr inż Gendek Arkadiusz

Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Ocena prawidłowej obsługi piły łańcuchowej na podstawie parametroacutew ogniw

WSTĘP

Pilarki spalinowe używane do pozyskiwania drewna wyposażone są w piły łańcuchowe z zębami tnącymi typu żłobikowego Ze względu na to że piła łańcuchowa należy do wieloostrzowych narzędzi skrawających podstawową zasadą pracy jest zachowanie takich samych kształtoacutew wymiaroacutew liniowych i kątowych wszystkich takich samych elementoacutew w całym okresie eksploatacji Szczegoacutelnie istotne jest to w przypadku ogniw tnących Zachowanie określonych wymiaroacutew poszczegoacutelnych ogniw podczas eksploatacji wpływa pozytywnie na trwałość całego zespołu tnącego komfort pracy wydajność skrawania oraz bezpieczeństwo operatora podczas pozyskiwania drewna

Diagnostyka stanu piły łańcuchowej przez operatora polega przede wszystkim na ocenie wizualnej jej stanu technicznego oraz na przeprowadzeniu pomiaru zniżenia ogranicznika posuwu i długości poacutełki zęba tnącego Operatorzy zazwyczaj nie sprawdzają konta nachylenia ogniwa tnącego

W czasie eksploatacji ostrzenie pił i zniżanie ogranicznika posuwu odbywa się ręcznie Bardzo często użytkownicy pilarek nie używają dodatkowych akcesorioacutew (np prowadnikoacutew rolkowych) dla zachowania odpowiednich parametroacutew Wielokrotne ostrzenie bdquoz rękirdquo powoduje to że w poszczegoacutelnych ogniwach otrzymuje się roacuteżną długość poacutełki roacuteżne kąty oraz roacuteżną wysokość ogranicznika Problemy pojawiają się roacutewnież w przypadku ostrzenia ogniw prawych i lewych Ze względu na to że większość społeczeństwa jest praworęczna łatwiej i dokładniej można naostrzyć ogniwa lewe Roacuteżnice w wysokości i kątach zęboacutew prawych i lewych mogą w konsekwencji wpływać na wydajność pracy i bezpieczeństwo pracy przy ścince drzew Na rysunku 1 przedstawiony został schemat drzewa z pochyloną płaszczyzną rzazu ścinającego Roacuteżnica wysokości ogniw prawych i lewych spowodowała bdquościąganierdquo rzazu w kierunku zęboacutew wyższych Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niejednakowej wysokości ogranicznika między stronami

128

Rysunek 1 Pochylona płaszczyzna rzazu ścinającego

Wysokość ogranicznika grubości wioacutera wpływa roacutewnież na wydajność skrawania drewna Na podstawie literatury można stwierdzić że zniżając ogranicznik rośnie wydajność skrawania ale po przekroczeniu pewnej granicy wydajność ta spada

CEL I METODYKA

Celem badań było ustalenie czy operatorzy pilarek w ramach codziennej obsługi prawidłowo ostrzą i regulują swoje piły łańcuchowe tzn czy przy wykorzystaniu dostępnych narzędzi serwisowych potrafią zachować zgodne z instrukcją parametry ogniw tnących oraz jaki ma to wpływ na wydajność i ewentualne bezpieczeństwo pracy

Do pomiaroacutew zostały użyte losowo wybrane piły łańcuchowe z dwoacutech Zakładoacutew Usług Leśnych pracujących na terenie Nadleśnictwa Chojnoacutew oraz z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa Wydziału Inżynierii Produkcji Z ZUL nr 1 otrzymano do badań 8 pił z ZUL nr 2 15 pił z ZML otrzymano 5 pił Wszystkie piły zostały oznaczone kolejnymi numerami odpowiednio dla ZUL nr 1 numeracja 1divide8 dla ZUL nr 2 numeracja 9divide23 dla ZML numeracja 24divide28

Piły pobrane z ZUL charakteryzowały się znacznym stopniem zużycia tzn były w końcowej fazie eksploatacji jednak pilarze na co dzień wykonywali nimi pozyskiwanie drewna Kilka pił miało uszkodzone pojedyncze ogniwa

Piły z Zakładu Mechanizacji Leśnictwa charakteryzowały się średnim stopniem zużycia tzn nadającym się do dalszej eksploatacji Piły te zostały pobrane do badań po zakończeniu kursu pilarza w ramach ktoacuterego uczestnicy uczyli się min prawidłowego ostrzenia

129

W celu dokonania pomiaroacutew zostały zrobione zdjęcia wszystkich ogniw tnących Ogniwa były fotografowane prostopadle z goacutery i z boku Na zdjęciach rejestrowany był roacutewnież wzorzec długości Zdjęcia trafiały do programu MultiScan gdzie po wyskalowaniu obrazu wykonywane były pomiary zniżenia ogranicznika posuwu względem krawędzi tnącej oraz kąta nachylenia ostrza poziomego

Każdy pomiar wykonano trzy krotnie następnie obliczano wartość średnią ktoacutera była wykorzystywana do dalszych analiz Program MultiScan umożliwia uzyskiwanie dużych dokładności jednak w ze względu na błąd człowieka przyjęto niższą dokładność - 005mm

Otrzymane wyniki zapisano w programie Excel oraz Statistica Opracowanie wynikoacutew pozwoliło na określenie średniej wartości poszczegoacutelnych parametroacutew dla badanych pił odchylenia standardowego oraz błędu Wyniki przedstawiono w formie wykresoacutew

Wszystkie piły zostały ponumerowane i przypisane do odpowiedniego zakładu z ktoacuterego pochodziły

OMOacuteWIENIE WYNIKOacuteW

Zgodnie z danymi katalogowymi zniżenie ogranicznika posuwu powinno wynosić 05-07mm Na rysunku 1 przedstawione zostało zniżenie ogranicznika dla ogniw prawych i lewych w poszczegoacutelnych piłach

wys ogranicznika P

wys ogranicznika L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

00

05

10

15

20

25

30

35

Wys

oko

ść [m

m]

Rysunek 2 Zniżenie ogranicznika posuwu dla ogniw prawych (P)

i lewych (L)

130

Zakres średnich wartości zniżenia ogranicznikoacutew w pierwszym zakładzie wynosił 146-284 mm ndash wyjątek piła nr 4 gdzie zniżenie wynosi 023 mm Piły z pierwszego ZUL miały ogniwa ktoacuterych wartość ta znacznie przekraczała maksymalną zalecaną wartość katalogową Można przypuszczać że pracownicy tego zakładu chcieli poprzez zniżenie ogranicznikoacutew poprawić wydajność skrawania (przez zwiększenie grubości wioacutera) albo nie znali zasad prawidłowego ostrzenia ogniw tnących Wadą takiego zabiegu jest to że piła jest poddawana znacznie większym obciążeniom co doprowadza do szybszego jej zużycia a jednocześnie może to wpłynąć na zmniejszenie bezpieczeństwa pracy ponieważ piła na skutek zwiększonego obciążenia może się zerwać W zakładzie nr 1 daje się zauważyć roacutewnież znaczną roacuteżnicę w wartości zniżenia ogranicznika między ogniwami prawymi i lewymi W pięciu przypadkach ogniwa lewe mają większe zniżenie w stosunku do ogniw prawych Roacuteżnice wysokości zniżenia ogranicznikoacutew pomiędzy prawni a lewymi ogniwami wskazuje na to że pilarz zniżając ograniczniki wykonywał roacuteżną liczbę pociągnięć pilnika dla prawego i lewego ogniwa lub wykonywane pociągnięcia były nie pełne W skrajnym przypadku dla piły nr 2 roacuteżnica ta dochodzi do 08 mm

W drugim zakładzie oraz ZML wartości zniżenia ogranicznikoacutew w większości przypadkoacutew były zgodne z wartościami katalogowymi lub nieznacznie odbiegały w goacuterę lub w doacuteł Świadczy to o tym że pracownicy starali się zachować prawidłowe parametry ogniw tnących Tak eksploatowane piły powinny zapewnić odpowiedni poziom wydajności i bezpieczeństwa pracy Tak jak w przypadku zakładu pierwszego roacutewnież tutaj dało się zauważyć roacuteżnice pomiędzy stroną prawą i lewą

Przeprowadzona analiza statystyczna dla wszystkich pił wykazała że w 68 roacuteżnice pomiędzy ogniwami prawymi a lewymi są istotne

Na rysunku 3 przedstawione zostały wartości kąta nachylenia ostrza poziomego ogniwa tnącego w poszczegoacutelnych piłach Zgodnie z instrukcją obsługi kąt ten w zależności od zastosowanej piły marki Oregon dla

standardowych pił zwiera się najczęściej w przedziale 25-30 w stosunku do prostopadłej płaszczyzny prowadnicy ndash w przypadku niniejszych badań ze względu na możliwości pomiarowe podawana jest wartość kąta jako

uzupełnienie do 90 Tak więc mierzony kąt nachylenia ostrza poziomego

powinien zawierać się w granicach 60-65

131

Kat zaostrzenia P

Kat zaostrzenia L

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Numer Piły

40

45

50

55

60

65

70

75

80

t [o

]

Rysunek 3 Kąt nachylenia ostrza poziomego ogniw tnących prawych (P)

i lewych (L)

Spośroacuted badanych pił tylko 7 spełniło ten warunek dla ogniw prawych i lewych oraz 3 dla ogniw lewych i 1 dla ogniw prawych Pozostałe piły

miały w większości kąt mniejszy niż 60 co mogło wpływać na zwiększenie wydajności skrawania

W przypadku pił z zakładu nr 2 w 10 na 15 przypadkoacutew ogniwa lewe mają większy kąt zaostrzenia niż ogniwa prawe Może świadczyć o tym iż operator dokonujący ostrzenia pił nie używał dodatkowych przyrządoacutew pozwalających na zachowanie kąta Takiej zależności nie można stwierdzić dla zakładu nr 1 oraz dla ZML Może to wynikać ze zbyt małej proacuteby

Analizując wszystkie przypadki w 5 piłach roacuteżnice między katem nachylenia ostrza poziomego lewych i prawych ogniw były znaczne ndash

wynosiły ok 10 a w przypadku piły nr 15 roacuteżnica wynosiła 16

Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała że w 65 przypadkoacutew roacuteżnica pomiędzy kontem nachylenia ostrza poziomego ogniw prawych i lewych jest istotna

PODSUMOWANIE

Podsumowując należy przyznać że pilarze zajmujący się obsługą pił nie są w stanie zachować jednakowych parametroacutew ogniw prawych i lewych wykorzystując tylko ostrzenie ręczne

132

W wielu przypadkach pilarze zapewne celowo obniżają ogranicznik posuwu dla uzyskania większej wydajności skrawania drewna Zgodnie z prowadzonymi wcześniej badaniami nie zawsze przynosi to zamierzone efekty a jednocześnie negatywnie wpływa na komfort i bezpieczeństwo pracy

W przypadku kąta nachylenia ostrza poziomego występują roacuteżnice między stroną prawą i lewą Z reguły powstają one w wyniku ostrzenia bez wykorzystywania prowadnikoacutew ułatwiających utrzymanie kąta

Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi pił łańcuchowych należy używać szlifierki w celu wyroacutewnania wszystkich ogniw

Aby stwierdzić czy występują zależności w niedokładnościach ostrzenia między pilarzami i Zakładami Usług Leśnych należy przeprowadzić dalsze badania zwiększająca proacutebę poddawaną analizie

LITERATURA

1 Bieńkowski J bdquoWpływ stępienia ostrzy tnących na opory i wydajność skrawania piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr 12 1993

2 Botwin J Botwin M bdquoMaszynoznawstwo leśnerdquo PWRiL Warszawa 1979

3 Ciesielczuk P bdquoWpływ podziałki zęboacutew na tnących piły łańcuchowej na wskaźniki piłowania drewnardquo Praca doktorska SGGW Warszawa 1973

4 Gendek A bdquoWpływ parametroacutew sprzęgła na wydajność skrawania drewna pilarką spalinowąrdquo Praca doktorska SGGW Warszawa 2005

5 Goacuterski J bdquoOddziaływanie ogranicznika posuwu ogniwa tnącego na drewno w czasie skrawaniardquo Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 1 Warszawa 1996b

6 Łukomski Ł Praca doktorska bdquoBadanie mechaniki piłowania drewna piłami żłobikowymirdquo SGGW Warszawa 1977

7 Maciak A bdquoEffect of wear of saw chain cutters on the rate of wood cuttingrdquo Annals of Warsaw Agrikultural Uniwersity No 36

8 Maciak A bdquoBadanie oporoacutew i wydajności skrawania drewna bukowego łańcuchową piłą żłobikowąrdquo PTRiL nr 5 Warszawa 1994

9 Maciak A bdquoWpływ geometrii ostrza żłobikowego na jego obciążenie podczas skrawania drewna sosnowegordquo PTRiL nr 5 Warszawa 1998

10 Maciak A bdquoWpływ kąta pochylenia poziomej krawędzi tnącej ogniwa piły łańcuchowej na uzyskiwane efekty piłowaniardquo III Konferencja Naukowa bdquoOrganizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwierdquo Warszawa 2003

11 Więsik J bdquoPilarki przenośne budowa i eksploatacjardquo Warszawa 2005

133

12 Więsik J bdquoModel symulacyjny procesu skrawania drewna piłą łańcuchowąrdquo PTRiL nr10 1994

134

Petrenko Andrey Martynjuk Liliya

National University of life and environmental sciences of Ukraine Department of electrical supply by prof V Sinkova(Ukraine)

Experimental research of three-phase permanent magnet linear generator

ABSTRACT

The results of the development of construction three-phase permanent magnet linear generator and of its experimental research using a special stand which allowed to analyze the energy parameters of the generator

INTRODUCTION

At present one of the important subjects of research leading scientific institutions in the world is linear electric machines as is the possibility of their wide using in various settings of traditional and new systems Major new technical solutions that describe promising settings for the implementation of linear generators such as diesel generator sets [1] electrical power conversion system vibration waves into electricity [2] combined electric water suplying wind installations [3] and others Effective use of such electric power generators complex linear reciprocating motion can be provided them rational geometric dimensions that allow for sufficient energy performance at minimal volume Especially important for the development of new processing plants based on the conditions of economic feasibility and environmental safety is the use of alternative energy sources rather than internal combustion engines Thus the development and research of linear generator as a device for generating electric power plants that use renewable energy sources is important

GOAL

The purpose of this paper is the rise of energy performance of three-phase permanent magnet linear generator design data by developing and conducting the experiments

ARCHITECTURE OF THREE-PHASE

PERMANENT MAGNET LINEAR GENERATOR

In the baseline version of three-phase permanent magnet linear generator selected generator [4] is designed to convert mechanical energy of reciprocating motion combined electric water suplying wind installations into electrical energy Designs three-phasepermanent magnet linear generator

135

is in Fig1a In the complement of linear electric generator enter not ferromagnetic core 1 ferromagnetic elements 2 permanent magnets from the alloy of NdFeB 3 stator with electric coil 4 material is not ferromagnetic 5 Electric coil (phase A B C) form the stator three-phase system each placed in a closed magnetic cores 4 is divided ferromagnetic material 5 at a certain distance and the axial length of the ferromagnetic elements of the arm is equal to the width of the stator pole shoes and the distance between the poles each phase of the stator - the width of the permanent magnet each generator phase shifted with respect to another at

a distance of 3 + 3

1length of ferromagnetic elements and 3 +

2

1 length

magnets The disadvantage of this generator is increased consumption of materials Is caused by the fact that the magnetic elements have equal thickness throughout its length The aforesaid leads to undue stress in the understatement of the magnetic elements of magnetic remote from the active surface In addition the magnetic stator windings coverage on all their external surfaces leads to maximum dissipation of magnetic flux This negatively affects on the electric power rates

a b c

Fig 1 Sketch design of three-phase permanent magnet linear generator a - linear generator (basic version) b - linear generator (developed)

c - linear generator stator (developed)

OPTIMIZATION OF STATOR LINEAR GENERATOR

To increase electric power rates is possible by improving the design of the stator magnetic core and reduction of material inputs

Sketch of the proposed construction of a linear generator in Fig1b Compared with the basic version of Fig1a stator magnet linear generator differs presence of such features magnetic wire designed as a star a star has a multibeam type star-rays come from active surface coil rays directed from the active surface of the radius the total area of cross-sectional area are not less than beams magnetic core diameter of boring ratio of total

136

basal area of beams and square magnetic core diameter of boring at the same distance from an arbitrary start the rays

Description of proposed design features explained in Fig 1b Stator of magnet linear generator consists of a set of modules 6 successively established along the longitudinal axis and distant from each other nonmagnetic elements 7 Stator has an internal active surface 8 Module 6 has a winding 9 covered by magnetic wire 10 For ease of installation winding 9 magnetic wire 10 of module 6 along the longitudinal axis stator connectors should comply with two parts 11 and 12 From the technological point of view of 11 and 12 module 6 should be equal Magnetic wire 10 is designed as a multibeam stars 13 14 rays which leave the active surface 8 to the radius to it Thus the total area of cross beams on A - A on an arbitrary distance l from the beginning not less active in the area of magnetic core diameter Da boring

n times S ge Sа

where n - number of rays S - section area of the beam mm Sa - active magnetic area on the boring diameter mm

Thus due to implementation magnetic core in a multibeam star magnetic materials consumption is significantly reduced as not all of its volume filled with ferromagnetic material the presence of such zones significantly reduces the dissipation of magnetic flux which increases energy performance of a linear electric generator stator

According to the sketch of Fig 1b magnetic cores manufactured in Fig 2 and the electric coil Fig 3 which have become integral parts of the developed laboratory model of cylindrical three-phase permanent magnet linear generator Fig 4 and 5

a b c

Fig 2 Core of magnetic wire a b - are the modules core of magnetic wire c - is magnetic wire in the collected kind for one phase

137

a b

Fig 3 Electric coils a - is an electric coil b - an electric coil is set in the module of magnetic wire

Fig 4 Laboratory standard three-phase permanent magnet lineargenerator

Fig 5 Mobile magnetic system (inductor)

ARCHITECTURE OF SPECIALIZED STAND

In connection with absence of mass production of stands for realization of researches of linear generators the mobile element of which executes the recurrently-forward moving for a construction the sketch of specialized stand [5] On this stand it is possible to test linear electric machines both in the motive and in generator modes the mobile element of which executes the recurrently-forward moving Especially it touches experimental researches of linear electric machines with the small size of motion and variable frequency of recurrently-forward motion Thus during the small segment of motion and time it is necessary to execute the acceleration of

138

mobile element motion with permanent speed braking revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-east

The sketch of construction of specialized stand for experimental researches of linear generator at placing of mobile element in a midposition is represented on Fig 6

a b

Fig 6 Sketch of construction of specializedstand for experimental researches of linear generator a - is a frontal kind b - is a type of A

A stand for experimental researches has a power frame 1 on which a proof-of-concept electro-magnetic linear generator is set 2 and circulating electric machine of direct-current 3 A stand is set on a laboratory table 4 laboratories of experimental researches On the shaft of the rotor rotary electric DC machine 3 mounted disk 6 (Fig7а) Disk 6 related to the mobile element 7 linear electric machine 2 by means of lever 8 (Fig 7b) Lever 8 on one end has a connecting element 9 and on the second - hob 10 Ability to rotate of connecting element 9 provided due to bearing 11 hardly mounted on its surface and set in the holder of a 12 lever 8 Connecting element 9 of a lever 8 constrained by means of screw-thread connection with a disk 6 Hob 10 of a lever 8 connected with a roller mechanism 13 set on a mobile element 7 linear electric machine 2 Copulas of mobile

139

element 7 roller mechanism 13 of a hob 10 provided due to an axis 14 Roller mechanism 13 has the opportunity to move in sending 15 Planes of rolling 16 sending 15 placed in parallel to longitudinal wasp 17 linear electric machine 2 that is why and roller mechanism 13 moves during a longitudinal axis 17

a b

Fig 7 Disk (а) and lever (b) of crank-type-piston-rod mechanism

Disk 6 has a row of opening 18 for connection with the connecting element 9 of a lever 8 Opening 18 placed on different distance from the center of disk 6 On Fig7а distances from a center are represented as R1 R2 R3 Thus distance from the center of disk to the center of opening equal to the half of necessary at researches motion of mobile element 7

Thus due to implementation of stand in the offered kind possible test of linear electric generators of recurrently-forward motion here the size of motion of mobile element is set by distance from the center of disk to the center of opening on a disk and frequency of moving is regulated by speed of rotation of rotor of electric machine of direct-current

On Fig 8 shows a general view of the special stand built for experimental research under the thumbnail Fig 6 comprising a DC motor control system 2 crank-crank mechanism 3 frame 4 for installation of electric drive and investigated linear generator gauges 5 and the electrical load 6 Three-phase resistive load is three rheostats type RSP-2U3 (TU 16527197-79) to draw up to 1 A range of changes in load resistance 0 170 Ohm

140

Fig 8 A general view of stand for experimental researches three-phase electro-magnetic linear generator with the connected loading

and measuring devices

RESULTS

Defined dimensions and the electric parameters of three-phase permanent magnet linear generator are given in a tabular kind

Table 1Weight of basic sites and elements of linear generator

пп

Name of elements Weight

kg Quantity

Total weight

kg

1 Mobile magnetic system 416 1 416

2 Core to magnetic wire 271 6 1626

3 Coil (a puttee wire Oslash is a 09 mm of brand of ПЭТ-155 by an area to the cut of 0635 mm

2 number of winding - 1300)

2555 3 7665

4 Corps 1673 1 1673

5 Other elements 1185

Gross weight of generator 4600

Measuring of resistance of coil linear generator is conducted to the direct current with the use of method of voltmeter and ammeter Such requirements were thus observed a voltmeter joined the outputs of puttee directly an amount of disconnecting contacts in a chart was minimum the source of direct-current was a storage battery of 5NK125 the shows of devices were removed simultaneously measuring of pure resistance was conducted at an ambient temperature - 28 0С at duration of measuring of not more than 1 minute at what the temperature of coil differed from an ambient temperature no more than on 3 0С The results of measuring are added to the table 2

2 1

4

6

5

3

141

Table 2Pure resistance of coils linear generator

Measuring chain Shows of devices Certain

resistance Ohm U B I A

Phase A С1-С4 68 0583 1166

Phase B С2-С5 68 058 1171

Phase С С3-С6 68 0579 1173

Measuring of inductance of electric coils with magnetic wire from ferromagnetic material is conducted for terms analogical to the operating condition as inductance of such coils depends both on the size of current and from frequency For realization of measuring the method of measuring of inductance is used by means of ammeter voltmeter and wattmeter at a feed from tension of industrial frequency The results of measuring are added to the table 3

Table 3Inductance of electric coil linear generator

Own inductance ofcoil without ferromagnetic core

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance L0 H P W U B I A

156 570 115 118 4813 0153

Inductance of coil from core magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance LМ H P W U B I A

1142 570 0306 122 18587 0592

Inductance ofcoil is with magnetic wire and coinciding of poles of the mobile magnetic system with extremities to magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Ld H P W U B I A

0509 570 0205 1211 2778 0885

Inductance of coils with magnetic wire at being of intervals between the poles of the mobile magnetic system symmetric between extremities to

magnetic wire

Shows of devices Pure resistance Rk Ohm

Inductive resistance Хk Ohm

Inductance Lq H P W U B I A

078 570 0255 120 22302 071

As a result of the conducted experiment for mechanical frequency of vibrations of the mobile magnetic system (inductor) of fr = 5 Hz with amplitude even to the half of pole step of linear generator and by resistance of loading in every phase of Rн = 35 Ohm an oscillograph is remove the form of curves of phase tension and current (Fig 9) For phase tension on-

142

loading UАN = 20 B and UВN = UСN = 40 B accordingly the size of current arrives at 05 A and 1 A

Form of tension in the puttee of phase A close to the sinewave A characteristic feature for this case is that electric frequency of tension of

phase A equal to the doubled mechanical frequency 10f2f re Hz It is

caused by that in times of one period of mechanical vibrations of inductor

rr fT 1 size of magnetic thread coupled with the puttee of stator

consistently passes for this time twice repeats the same values that results in doubling of electric frequency of tension (in relation to mechanical frequency of vibrations of inductor)

Tension in windings of phases B and С is characterized by electric frequency equal to mechanical frequency of vibrations of inductor -

5 re ff Hz and characterized by a change in space on a size 3

2and

3

4 in relation to a phase A accordingly Equality of frequencies for this

case is conditioned by a that circumstance that the period of change of

thread is equal to the period of mechanical vibrations of inductor rr fT 1

a b

Fig 9 Form of phase tension (а) and current (b) a three-phasepermanent magnet linear generator

143

Also it costs to notice that in the case of three-phase implementation of permanent magnet linear generator except for the difference of electric frequencies the presence of harmonic constituents takes place in every phase

CONCLUSIONS

1 The increase of power indexes of cylindrical three-phase permanent

magnet linear generator is possible due to implementation to magnetic

wire as a multibeam star which considerably diminishes to decrease in

the amount of material magnetic wire so however all its volume is filled

by ferromagnetic material and the presence of such areas diminishes

dispersion of magnetic thread considerably

2 Experimental research of linear electric generator needs drive

mechanism able to give to the mobile element (to the inductor) of the

recurrently-forward moving with the small size of motion and variable

frequency of recurrently-forward motion The use of specialized stand

allows during the small segment of motion and time to execute the

acceleration of mobile element motion with permanent speed braking

revers with the reiteration of the above-mentioned operations west-to-

east

3 Implementation of electro-magnetic linear generator in the three-phase

system is characterized by the difference of electric frequencies and

presence of harmonic constituents in every phase thus electric

frequency of tension of phase A equal to the doubled mechanical

frequency re ff 2 and tension in coils of phases B and С is

characterized by electric frequency that equal to mechanical frequency

of vibrations of inductor re ff

4 It is recommended to use generate permanent magnet linear

generators electric energy for the feed of electro-consumers not

whimsical to quality of electric energy or charging of storage batteries

with next transformation to the pressure inverter with necessary

parameters for the feed of electro-consumers

REFERENCES

1 The linear petrol generator (diesel engine-generator) [Elektronny

resource] JG Skoromets Advertizing-information magazine

laquoElectrotechnical marketraquo ndash 2008 ndash 5(23) ndash 15 pages ndash Access

144

mode to magazine httpmarketelecrunomer22linejnyj-

benzogenerator-dizel-generator

2 M Leijon O Danielsson M Eriksson K Thorburn H Bernhoff J

Isberg J Sundberg I Ivanova E Sjőstedt O Aringgren KE Karlsson

A Wolfbrandt An electrical approach to wave energy conversion

Elsevier Ltd Renewable Energy 31 (2006) 1309ndash1319

3 The analysis of balance of power of thewind power system with

combined electricity supply and water pumping[Elektronny resource]

VV Kozyrsky VV Vasilenko AV Petrenko Scientific reports of

NUBiP Ukraine ndash 2009 ndash 1(13) ndash С15 ndash Access mode to

magazine httpndnauueduua

4 Patent UA 41883 IPC (2009) H02K 3500 Permanent magnet

linear generator VV Grebenikov AV Petrenko Published

10062009 The bulletin 11

5 PatentUA 50161 IPC (2009) G01R 3134 Н02К 41025 The stand

for research of the linear electric machine VA Barabash MV

Bogaenko VV Kaplun VV Kozyrsky AV Petrenko VS Popkov

NUBiP Ukraine Published 25052010 The bulletin 10

145

Reshetiuk Taras Shields Sky Dr Vorobjova L

Kiev National Economic University named by VHetrsquoman (Ukraine)

LaRouche movement (USA) Kiev National Economic University named by V Hetrsquoman(Ukraine)

Physical economy of Lyndon H LaRouche and S Podolynsrsquoky ideas about energy budget of the territory

SUMMARY

So the problem of creating energy budget of each territory is exists And S Podolynsrsquoky proposed a method in which we can easily create energy budget and use this energy without any harm for nature Problem of using or not using alternative sources of energy should be solved by humanity in the way of rightly using alternative sources of energy Thus we should create energy budget of territory and widely use it

INTRODUCTION

Today from our point of view due to some problems of energy such as environmental it is important analyze so-called energy budget of territory Because we do not have well-established scholars over Ukraines energy strategy including appropriate plant operation development of alternative energy sources including prospects to develop agriculture Study of Scientific Heritage S Podolynsrsquoky allows him to consider approaches to improve the concept of our country in particular energy budget of its territory

MATERIALS AND METHODS

At a time when the linear model of aggressive economic growth seen in the coordinates of human - society human - environment we received a number of natural disasters shortage of natural resources and the devaluation of financial unit as a market regulator

146

Scientific achievements S Podolynsrsquoky carried out on the edge of natural and social sciences He was the first who combinated the physical processes with economical methodologically demonstrated need of the synthesis of natural and cost parameters store solar energy in the process of economic activity So today we must apply a macroeconomic approach which would be focused on adequate outcomes of natural systems [1] which consider the components of the system human - society - ecology in reciprocal communication Only in such coordinates can find an optimal solution and for the further development of humanity - to ensure sustainable development (Fig 1)

Fig 1 ndash Model of sustainable development

Difficulty links between different components of this system does not permit today to build such a conceptual model of it that would adequately describe the interaction between its components and the environment Such model should meet the requirements of structural dynamic and information completeness In such cases carry out decomposition of the system understanding under this procedure - the selection and examination of all major subsystems that affect the ultimate goal of the system It is possible on the basis of deductive approachUsing elements of deductive approach the energy budget of any territory can be presented in the scheme (Fig 2)

Sustainabledevelopment

147

Fig 2 ndash Scheme of the ldquoEnergy budget of territoryrdquo

In terms of system analysis of this structure can be classified as

open system where matter and energy are transformated

system is not homogeneous as its structure can be distinguished as the set of subsystems

a system in which signs of the product (quantity quality etc) make it

difficult to determine its value

148

RESULTS AND DISCUSSIONS

A key element of the studied system is energy On the one hand it is one of the basic properties of matter the total measure of all forms of movement on the other - the ability to perform some work or the source of the force which will perform the work Hence the energy in general we understand the ability to develop force At the same time converting and makes energy conservation work this leads to its accumulation at the disposal of mankind The role of energy conservation law in society and the impact of people on the transformation of energy on Earth showed S Podolynsrsquoky [2] He gave an analysis and classification of types and sources of energy available to mankind at that time This - solar energy (radiation photosynthesis wind falling water) energy of Earths rotation (inflows) accumulated on the Earth Solar energy (coal oil) Movement and transformation of matter and energy in the ecosystem is shown in Fig 3

149

Fig 3 ndash Scheme of movement and transformation of matter and energy in ecosystems

Sun continues to offer us a huge amount of non converted energy and its stock is still very large But it does not run that the distribution of energy on the Earths surface would be most beneficial to human life [2 p211] Possibility of the better distribution of the energy - to some extent ndash is in the hands of the person

Quantitative characteristic in this case is ldquoenergy capacityrdquo - the property system to perceive process absorb and transport the external energy and give it away outside the system This property is closely linked to productivity as evidenced by the last unit of measure - the mass or amount of energy that is concentrated in the mass In a mass of different substances are different amounts of concentrated energy Types of energy and their characteristics are presented in Table 1

Table 1 Types of energy and their characteristics

Types of energy

Characteristics

Internal energy Energy system which depends on the internal state of the system (it includes all forms of energy system components)

Mechanical energy

The energy of mechanical motion and interaction of bodies or their parts (energy magnetic field - magnetic energy electromagnetic energy fields - electromagnetic energy energy of moving particles - the kinetic energy energy particles fixed in a gravitational field - potential energy energy of the atomic nucleus - nuclear energy)

Heating energy Level or change the thermal state (heat) system (the body) during the process

Electric energy The energy of interaction and motion of electric charges

Investigating energy S Podolynsrsquoky proceeded from the fact that the amount of energy is a universal value that is unchanged But in some parts of Earth it is distributed unevenly causing widespread tendency to counterbalance it and the gradual dissipation Regarding energy as global figure S Podolynsrsquoky showed persons ability to influence on its movement and accumulation

Natural system receive external energy from the sun which emits gamma spectra of complex rays in a wide range of wavelengths - from 01 to 3000 nm (Table 2)

150

Table 2 Characteristics of the energy Earth receives from the Sun

Spectrum Rays Wavelength nm

The fate of energy

Appointment power

Infrared (invisible) 800 ndash 1100 The existence of purple and green bacterias

Infrared gt 800 49 ndash 84

Light (visible) 380 ndash 800 16 ndash 45

380 ndash 710 Photosynthesis active part of the visible radiation to green plants

Ultraviolet lt 380 4 ndash 5

UV (long-wave) 290 ndash 380 Reach the surface of the Earth

UV(shortwave) Absorbed by the ozone layer of the atmosphere detrimental for everything

250 ndash 300 Rays have a powerful bactericidal effect in small doses are useful

Conservation and energy conversion based on the equation of energy balance Human play the role of the transformer obtained from the Sun to give energy work Structures which was built on Earth have a high price because of work because they spent lots of solar energy Podolynsrsquoky never minimalize role of socially useful work he was more interested in the accumulation of living matter on the planet - or more simply organic matter begotten by the Sun as a precondition for any work and most earthly wealth - absolute capital

Podolynsrsquoky showed that human labor is useful mainly agriculture reducing the scattering of solar energy increases its fate which piled on the Earths surface in the form of transformed energy Also S Podolynsrsquoky made definition for the concept useful work it is all mechanical and mental consumption of human and animal which increasing budget of transformed energy on the earths surface [2 p 281]

It is distinguished two aspects of energy physical and social [3 p 247]

Physical - is to reduce all forms of energy dissipation through the rational use of energy accumulated on the Earth

Social - is to save energy (wealth) between generations In relation to the whole generation it has an integral character

151

Exploring the system in general S Podolynsrsquoky in the work of man and its relation to energy distribution [2 p 281-282] summarizes the components of energy budget areas

The total amount of energy derived Earths surface gradually decreasing but also its accumulation at the disposal of mankind under the influence of increased labor rights and pets

Perfect machine is humanity with all its economy (fields droves machines etc) Productivity increases human consumption of this work on the transformation of higher energies into the higher (production of machines etc)

Use of solar energy as an engine and direct preparation of nutrients from inorganic materials is fundamental to the continuation of the most advantageous energy storage on the Earth

Actions that result in the phenomenon the opposite of work is theft (scattering embezzlement) power of humanity in particular - the war an arbitrary limit of population production of luxury goods and unproductive consumption Instead improvement of human life quantitatively increases the energy budget of each individual

Several types of energy in one area can change one kind to another it should be viewed with exergety position [6] such as

considering the field of environment and their impact on processes of energy conversion

preventing the possibility of an equilibrium system and the environment

In this case the maximum work that can be executed from a given quantity of heat is determined by Carnot

- ambient temperature К

- temperature of the source К

CONCLUSIONS

Thus we can build energy model of our civilization in the form in which it exists in a living reality It should be remembered that the main purpose of humanity should be an absolute increase in energy budget The only limit best possible accumulation of energy on Earth is only the absolute amount of energy from the sun and organic materials that are on earth [4 p 178]

152

REFERENCES

1 GRYNIVL 2009 Development of physical economy new problems

and models Scientific Annals of Kyiv NationalEconomic University

Physicaleconomy researchmethodologyandglobalmissionofUkraine

178-187

2 PODOLYNSrsquoKYS 2000 Works are chosen Кyiv ndash 328 p

3 MAXYMYUKV 2009 Dualism is in a physical economy Scientific

Annals of Kyiv NationalEconomic University Physicaleconomy

researchmethodologyandglobalmissionofUkraine 244-253

4 PODOLYNSrsquoKYS 1990 Works are chosen Montreal ndash 208 p

5 RUDENKOM 2005 Energy of progress Essays are from a physical

economy Тernopilrsquo ndash 412 p

6 DOLINSKI A BRODYANSKI V 1991 Exergyty calculations of the

technical systems Certificate manual Кyiv ndash 360 p

153

Tarasovičovaacute Adriaacutena Belaacuten Miroslav Kasina Marek Peter Michalik

Technical University of Košice Faculty of Manufacturing Technologies with a seat in Prešov (Slovak Republic)

Verification of Chip Formation at Low Speed Cutting

INTRODUCTION

Milling is the basic machining process where the surface is created in a progressive removal of material It is operation with interrupted cut where tool performs a rotational movement and workpiece performs a sliding movement Rotational movement of the cutting edge removes material of varying thickness At each turn teeth tool enter and leave from the workpiece [6] each tooth removes a certain amount of material

We know the climb and conventional milling where is a different direction of movement of the cutting velocity vector [3] respectively there is a different direction of feed of the workpiece in the direction of rotation of the milling cutter in the cutting area More attention in this paper will be devoted to climb milling The climb milling is when the direction of feed of the workpiece in the cutting area is consistent with the direction of rotation of the milling cutter (Fig 1) Chip thickness is the greatest at the beginning of machining and toward the end it drops to zero Cutting edge enters the workpiece suddenly and it starts working great thickness of chip This leads to shock loads of cutting edge but there is not sliding effect as in conventional milling There is also developed less heat and the minimum is also proneness to hardening of the workpiece material for cold Great chip thickness is showed positively and the chips sometimes weld on or stick to the cutting edge during machining and it remains so until such work blade [2]

Fig 1 Scheme of climb milling [1]

154

Climb milling is preferred in practise if it allows machine clamping and workpiece [2] The main advantages are efficient cutting longer tool life better quality finishing of surfaces particularly with stainless steel aluminium or titanium alloys However there is a risk of damaging the tool because there is shock load of cutting edge

Chip formation in milling has special significance Correct determination of the value of chip thickness leads to the achievement of good performance of machining and durability of cutting edge tool [2] The monitoring of the chips obtained in milling can provide important information Chip in milling has helical shape and length of chip is limited to a length of the arc cut in the material The final shape of the chip can be controlled by control of cutting conditions for milling operations For example [6]

Chip width depends on the depth of cut and the longest chip is achieved at milling grooves

The length of chip depends on the cut width and tool diameter ndash larger tool diameter means longer chip

Chip thickness is proportional to the feed per tooth with a cut width

Chips obtained in the milling should be regular and they should have the same color

If cooling is used in milling there should not be observed thermal effects on chip

It is important that the chip does not remain in the cut area If there are chips irregular or needle-like or there are different colored chips it means that the cutting conditions are not appropriately chosen or cooling is not efficient or there are vibrations or the tool cutting edge is worn [6]

The mean chip thickness

While micro viewing at the milling encounter with ldquothe minimum chip thicknessrdquo ie depth of cut and feed are very small (in terms of cutting edge radius or smaller) and no chip is formed [5] so in macro viewing at the milling encounter with ldquothe mean chip thicknessrdquo Maximum chip thickness hmax should be examined together with the setting angle of the main cutting edge in order to ensure satisfactory coverage tool and to avoid overloading the cutting edge Chip thickness in milling is a variable [4] and provides very complicated For this reason in many views it is more advantageous to work with medium chip thickness hm (Fig 2) [2]

Fig 2 Chip thickness in milling [2]

155

In plane milling with side and face milling cutter is the mean chip thickness calculated using a relatively simple formula (1) [6] According to the machining method formula includes the values feed per tooth cutting depth and width of cut The determining factor is also the diameter of milling cutter it affects the contact angle φ cutting edge milling cutter with workpiece Chip thickness also affects the setting angle of the main cutting edge [2]

(1)

where fz feed per tooth [mm] ae radial depth of cut [mm]

D diameter of milling cutter [mm]

hm the mean chip thickness [mm]

Machinability according to shape of chip [3]

Current approaches for assessing of materials machinability are different and have significant benefits In a general sense machinability should be understood as a qualitative condition of the material in the way of his character falls to affect the cutting tool According to machinability is considered the appropriateness of material for the chosen mode production in theprescribedapplication ofqualitativeandeconomic requirements In practical view the distinction relative machinability is related to the base ndash a reference material In order to machinability knowledge of practical use the materials should be formally included in the classes and groups according to proportional machinability to the reference material

Machinability degree the material is the ratio of the cost of producing the same part of the reference material on the same cutting conditions using the same production equipments the same tools and under the same requirements for quality and precision of machined surfaces

Material has better machinability what it is

higher cutting speed in the tool life

less loading the tool cutting forces

achieved less value Rz or Ra and higher precision machined surfaces

more crumbled chips (smaller volume coefficient of the chips w)

lower temperature of the cutting These criterions are often in contradiction Therefore in the fixed conditions is preferred that which is important in view of machining result For example in roughing it is important kinetic and dynamic machinability in finishing it is micro geometric machinability

156

Machinability of materials according to shape of chip is used in the assessment of tough materials where chip is important for the course of technological process The shape of chip can be evaluated for example radius of curvature rt or volume coefficient of the chips w [2]

(2)

where Ktt machinability according to shape of chip

rte radius of chip curvature reference material [mm]

rt1 radius of chip curvature examined material [mm]

we volume of chips obtained during the machining of reference material [mm3]

w1 volume of chips obtained during the machining of examined material [mm3]

Concurrently used tool geometry and cutting conditions affect for both the criterion

CONDITIONS FOR OBSERVATION OF CHIP FORMATION

Milling was realized on a vertical milling machine Avia (FOP) with short slot milling cutter Monolith cutter was used to smooth cylindrical shank with diameter 6 mm with two teeth made of HSS Co8 without coating (Fig 3) The cutting material is a high performance steel with good toughness and excellent thermal resistance Particularly suitable for machining high strength materials austenitic steels steels for hot forming etc

Fig 3 Milling cutter

Helix angle λ was 25deg and rake angle γ was 12deg the magnitude of the helix angle from 25deg to 35degis a basic choice for roughing and finishing of all materials The advantage is versatility with a good balance of cutting forces and the disadvantage is that this is not always productive [5]

At one milling cutter was applied coating AlTiN (monolayer) with thickness 1-3 μm with anthracite colouring Thermal resistance of this coating is 800 degC the friction coefficient against steel in dry conditions is 07 and the key properties of this coating are its high hardness and excellent oxidation resistance

Chip formation was observed on three different materials For carbon steel EN C45 with a carbon content C = 042 to 050 often used as reference

157

material Other materials were manganese-chrome steel EN 16MnCr5 with a carbon content C = 014 ndash 019 and chromium ndash nickel steel EN X5CrNi18-10 with a carbon content C = 0029 Depth of cut ap was 1 mm and feed per tooth was 0022 mm as shown in the scheme of machining (Fig 4)

Fig 4 Diagram of machining

RESULTS

From the milling of materials different speeds were selected representative sample of chips from each group (Tab 1) It is possible to suppose that the length of chip is the same because length of chip depends on the width of cut and tool diameter in milling and the present experiment different materials were machined with the same tool geometry and made from the same material Therefore attention will be given chip thickness and its radius of curvature ie shape of chip

158

Tab 1 Frames of chips at 50 times magnification

Material n1 = 224 otmin-1

vc1 = 4 mmin-1

n2 = 450 otmin-1

vc2 = 8 mmin-1

n3 = 900 otmin-1

vc3 = 16 mmin-1

EN C45

EN 16MnCr5

EN X5CrNi18

-10

As already mentioned above milling is a typical method of machining where there is a change in cross ndash chip during machining ie the chip thickness is not constant throughout a whole mesh The maximum chip thickness is equal to the feed per tooth hmax = fz = 0022 mm It is preferable to work the mean chip thickness hm equal to 00087 mm according to the formula (1) see Fig 4

On the basis of formula (2) ie by comparing the radius of chip curvature at different materials under the same conditions of machining it is possible to assess the machinability The spiral chip can be evaluated radius of chip curvature according to formula (3)

159

(3)

Before substituting into the formula it is important to choose a reference material which would show optimum machinability according to the radius of chip curvature It would then be possible to sort materials into groups machinability by virtue of the reference material In this case there will be compared machinability of three materials using formula (2) where as reference material was selected carbon steel EN C45

By comparing each radius of chip curvature at cutting speed of 4 mmin-1 that is almost equal Substituting into formula (2)

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

As is evident from the calculations machinability according to shape of chip at cutting speed 4 mmin-1 is almost the same and equal to one This means that machinability of both materials is good at the speed 4 mmin-1 if chosen reference material real corresponds with optimal machinability according to shape of chip If machinability according to shape of chip Ktt is closer to the one then machinability is better at the conditions of machining In examining materials machinability according to shape of chip at cutting speed of 8 mmin-1 there are observed differences in the radius of chip curvature

material EN 16MnCr5

material EN X5CrNi18-10

From these calculations i tis possible to conclude that material EN 16MnCr5 has better machinability than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed 8 mmin-1 because 0839 is closer to one whole Machinability according to shape of chip was solved by analogy at cutting speed of 16 mmin-1 but the first there was designated the mean radius of chip because of spiral character creating chips For material EN 16MnCr5 is Ktt = 116 and for material EN X5CrNi18-10 is Ktt = 066 So material EN 16MnCr5 has better machinability according to shape of chip than material EN X5CrNi18-10 at cutting speed of 16 mmin-1 as well

This argument can also be compared on the basis of material content of chemical elements which also affect the machinability of the material Chemical elements in these materials which the most affect machinability is shown in Table 2 (Tab 2)

160

Tab 2 Chemical elements affecting the machinability of materials

Material C Mn P Cr

EN C45 042 ndash 050 050 ndash 080 004 max 025

EN 16MnCr5 014 ndash 019 110 ndash 140 0035 080 ndash 110

EN X5CrNi18-10

0029 187 003 1826

Hardness of the steel increases with carbon content similar machinability decreases if carbon content increases The impact of individual elements in steel on its relative machinability [3]

C ndash Increasing the carbon content leads to deterioration by the dynamic and kinetic machinability (increases strength and hardness of steel) In finishing where it depends on the quality of machined surfaces higher carbon content improves micro geometry machinability

Mn ndash The effect manganese is bound to carbon content With the increase of manganese content is aggravated by the kinetic and dynamic machinability However with the increase manganese content micro geometry machinability improves

P ndash Phosphorus reduces the plasticity of steel already at content an 01 significantly improves the machinability and supports breaking chips

Cr ndash With more content increases the strength and toughness of steel it deals to deterioration by the dynamic and kinetic machinability but it improves micro geometry machinability

CONCLUSION

Milling is one of the basic methods of machining where material is removed interrupted cut A characteristic feature of this operation is that the removed material does not have a constant section ie the observed chip thickness is variable value That is why the mean chip thickness hm was determined From groups of chips which were obtained in milling at given cutting speed were chosen representative samples There was noted the radius of chip curvature under 50 times magnification However it has to be taken into account the inaccuracy of this method because the chip thickness is not constant and there is some distortion The selection the reference material was assumed that material EN C45 has optimal machinability and was chosen as the reference material All three materials have good machinability according to shape of chip at cutting speed of 4 mmin-1 When increasing the cutting speed there was observed the first changes and material EN 16MnCr5 has better machinability than material

161

EN X5CrNi18-10 Machinability according to shape of chip was also confirmed by machinability according to content of chemical elements in the material According to the carbon content could be said that the material EN 16MnCr5 has the best machinability but the chromium content makes the material tougher and so makes its kinetic and dynamic machinability worse Since corrosion resistant steel EN X5CrNi18-10 has the largest chromium content ie is tough and therefore has worse kinetic and dynamic machinability than previous materials If the goal was to get a good surface quality would be material EN X5CrNi18-10 in the first place thanks to the highest manganese content Machining was recorded using high speed camera Phantom For the records it was observed twisting of chip and their removal from the cutting zone Chips were twisted into certain radius but in machining stainless steel higher cutting speeds were the highest recorded value of the radius of chip curvature Observation of chip formation is more extended in turning than in milling However it is important to follow the features of various technological operations because each is different and brings a deeper understanding of relations of technological processes

REFERENCES

1 DeGarmo E P et al Materials and Processes in Manufacturing John Wiley amp Sons Inc New York 2003 ISBN 0-471-65653-4 s 1154

2 Sandvik Coromant Přiacuteručka obraacuteběniacute Scienta Praha 1977 ISBN 91-97-22-99-4-6 s 457

3 Vasilko K Teoacuteria a prax trieskoveacuteho obraacutebania Cofin Prešov 2009 ISBN 978-80-553-0152-5 s 530

4 KUŠNEROVAacute Milena et al Derivation and measurement of the velocity parameters of hydrodynamics oscillating system In Strojarstvo Journal for theory and application in mechanical engineering vol 50 no 6 (2008)p 375-379 ISSN 0562-1887

5 Ducobu F Filippi E Rivieacutere-Lorpheacutevre E Chip Formation and Minimum Chip Thickness in Micro-milling [cit 23122010] Dostupneacute na internete

lthttpwwwgeniemecafpmsacbeRechercheArticlesducob2009apdfgt

6 HSS Smart Guide 05 Milling [cit 1432010] Dostupneacute na internete lthttpwwwhssforumcomSmartGuideENhtmgt

The paper was created with the support of the Ministry of Education Science Research and Sport of the Slovak Republic through grant VEGA 1088510 and in cooperation with the Cracow University of Technology Faculty of Mechanical Engineering

162

Sokołowska Agata prof dr hab Lisowski Aleksander

Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Szkoła Głoacutewna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w latach 2006 ndash 2009 w wojewoacutedztwie mazowieckim

SUMMARY

Polish membership into the European Union has given great opportunities to use various forms of support and created new conditions for agricultural development Although the introduction of an attractive payment system under the agri-environmental program was implemented organic farms are still at margin We have seen almost double the number of organic farms (from 9187 to 17138 farms) between 2006 and 2009 but still they constitute a small proportion of the total number of farms overall

The aim of this study was to analyze the development of organic farms in the years 2006 - 2009 in Masovia using as an example of an organic farm in Jankowice and available literature Conducted a case study of an organic farm located in the province and then used the results as the basis for the SWOT analysis It was found that the development of organic farms are restricted by a lack of organization of the market for organic products in particular the lack of proper distribution systems advertising and promotion Organic farms seem to function mostly due to the subsidies received from the government than from the sales of organic products themselves

WSTĘP

Postępujące skażenie środowiska i żywności stanowi realne zagrożenie we wspoacutełczesnym świecie Za to skażenie odpowiedzialny jest nie tylko przemysł ale roacutewnież rolnictwo gdzie korzysta się z nawozoacutew sztucznych i toksycznych środkoacutew ochrony roślin W celu poprawy tej sytuacji dąży się do redukcji szkodliwych środkoacutew chemicznych i przejścia na organiczne metody uprawy

W wysoko rozwiniętych krajach rolnictwo tradycyjne przez masowe stosowanie przemysłowych środkoacutew produkcji (środki ochrony roślin nawozy mineralne itp) oraz postęp biologiczny (wydajne rasy zwierząt i wysoko plonujące odmiany roślin) osiągnęło wielki postęp produkcyjny co doprowadziło do szeregu ujemnych konsekwencji

następstwem nadprodukcji artykułoacutew żywnościowych jest spadek ich cen (poza ostatnim okresem wynikającym z następstw pogodowych i spekulacyjnych) i opłacalności produkcji

163

spadek zaufania konsumentoacutew do jakości żywności produkowanej intensywnymi metodami wynika z zagrożeń związanych ze skażeniem produktoacutew dioksynami czy BSE (zwaną potocznie bdquochorobą szalonych kroacutewrdquo)

postępująca degradacja środowiska wynikająca z nasilenia się niekorzystnego wpływu rolnictwa na środowisko naturalne (takiego jak spadek żyzności gleby zanieczyszczenie woacuted powierzchniowych i gruntowych)

W Polsce aby nie dopuścić tego rodzaju zjawisk społecznych i przyrodniczych zaistniała pilna potrzeba zmiany polityki rozwoju rolnictwa i obszaroacutew wiejskich Członkostwo Polski w Unii Europejskiej dało duże możliwości korzystania z roacuteżnych form wsparcia oraz stworzyło nowe warunki dla rozwoju rolnictwa Komisja Europejska zaproponowała strategiczne podejście ktoacutere znalazło swoje odbicie w Programie Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich (PROW) PROW jest dokumentem ktoacutery określa zakres i rodzaj wsparcia obszaroacutew wiejskich w Polsce Z uwagi na dobry stan środowiska przyrodniczego oraz znaczną roacuteżnorodność biologiczną Polski wprowadzono stosowne instrumenty wsparcia i motywacji dla producentoacutew rolnych ktoacutere sprzyjają utrzymaniu i poprawie stanu środowiska przyrodniczego W ramach Planu Rozwoju Obszaroacutew Wiejskich producent rolny ktoacutery prowadzi gospodarstwo metodami ekologicznymi może otrzymać dotację do hektara upraw ekologicznych na podstawie wniosku o przyznanie płatności z tytułu wspierania przedsięwzięć rolno środowiskowych i poprawy dobrostanu zwierząt (w ramach pakietu Rolnictwoekologiczne) Rolnik ktoacutery posiada certyfikat bądź rolnik ktoacutery dopiero rozpoczął produkcję ekologiczną może ubiegać się o dofinansowanie

Jednakże Polska wciąż nie jest w czołoacutewce krajoacutew członkowskich UniiEuropejskiej a produkty rolnictwa ekologicznego wciąż stanowią margines ogoacutelnej produkcji rolnej Według stanu na dzień 31 grudnia 2009 roku w Polsce gospodarstwa o profilu ekologicznym prowadziło 17 091 rolnikoacutew co stanowiło zaledwie około 1 ogoacutelnej liczby gospodarstw rolnych

MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ

Badaniem objęto gospodarstwo ekologiczne w Jankowicach w powiecie radomskim w wojewoacutedztwie mazowieckim W przeprowadzonym badaniu posłużono się metodą studium przypadku (case study) przy użyciu kwestionariusza wywiadu ktoacutery stanowił podstawowe źroacutedło informacji do opisu i analizy gospodarstwa Jest to metoda oparta na szczegoacutełowym opisaniu określonego przypadku ktoacuterego analiza kończy diagnozę wnioskiem Studium przypadku pozwala spojrzeć na problemy w obszerniejszym kontekście i tworzyć alternatywne rozwiązania jednak nie może stanowić podstawy do uogoacutelnień

164

W celu uzupełnienia tej metody badawczej zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron organizacji oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu Nazwa SWOT jest akronimem angielskich słoacutew Strengths (mocne strony przedsiębiorstwa) Weaknesses (słabe strony przedsiębiorstwa) Opportunities (szanse w otoczeniu) Threats (zagrożenia w otoczeniu) Celem analizy jest pokazanie istniejących w przedsiębiorstwie możliwości produkcyjnych i szczegoacutełowe określenie perspektyw organizacyjnych Program działania ustala się na podstawie jego silnych stron (atutoacutew) natomiast eliminację pomyłek w przyszłości wyznacza się z analizy słabości

Analizę opracowano na podstawie dostępnej literatury bdquoMetoda analizy SWOT jako narzędzie analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesurdquo autorstwa R Baum i W Wielicki

Analizę mocnych i słabych stron gospodarstwa przeprowadzono oceniając czynniki elementarne w pięciu obszarach krytycznych takich jak pozycja rynkowa organizacja i zarządzanie zasoby finanse sytuacja prawna W obszarze bdquopozycja rynkowardquo rozpatrywano dwa subobszary pozycję konkurencyjną na rynku wojewoacutedztwa oraz stopień rozwoju w produkcji Oceniając pierwszy subobszar brano pod uwagę możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji oraz dystrybucję Na ocenę stopnia rozwoju w produkcji złożyły się stopa rozwoju w ostatnich latach potencjał oraz liczba konkurentoacutew

W obszarze bdquostan organizacji i zarządzaniardquo poddano ocenie trzy czynniki elementarne tj struktura organizacyjna rozlokowanie przestrzenne majątku i napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń) Obszar bdquozasobyrdquo był najbardziej złożony z ocenianych Składał się z pięciu subobszaroacutew zasoby ludzkie zasoby technologiczne zasoby rzeczowe zasoby finansowe i zasoby niematerialne Kwantyfikacji zasoboacutew ludzkich dokonano wartościując kwalifikacje kadry kierowniczej Do oceny zasoboacutew technologicznych brano pod uwagę wdrażanie nowych technik i technologii produkcji szanse unowocześnienia i zmian w technologiach oraz stosowanie płodozmianu

W zasobach materialnych przeprowadzono analizę czterech subobszaroacutew tj budynkoacutew i maszyn zapasoacutew ziemi i inwentarza żywego Zasoby finansowe gospodarstwa analizowano w kontekście dostępu do źroacutedeł finansowania i proporcji środkoacutew własnych w tym finansowaniu w stosunku do środkoacutew z zewnątrz Kryteriami branymi pod uwagę w subobszarze zasoby niematerialne były reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie marka znak firmowy oraz nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe Analizując sytuację finansową oceniano rentowność i zadłużenie Ostatnim obszarem branym pod uwagę w analizowaniu mocnych i słabych stron przedsiębiorstw rolnych była ich sytuacja prawna czyli stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

165

roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych oraz wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

W analizie czynnikoacutew otoczenia mających wpływ na efektywność gospodarowania rozpatrywano obszary dotyczące sytuacji makroekonomicznej rynkowej konkurencyjnej zaopatrzeniowej technologicznej geograficznej i społecznej Na stan sytuacji makroekonomicznej składają się następujące czynniki stan gospodarki i prognozy jej rozwoju poziom inflacji i oprocentowanie bankowe kredytoacutew W ocenie sytuacji rynkowej brano pod uwagę sieć sprzedaży Kategorie czynnikoacutew związanych z konkurencją rozpatrzono z dwoacutech punktoacutew widzenia liczbę konkurentoacutew oraz stopień ekspansji konkurencji na rynku Analizując stan zaopatrzenia oceniano warunki zaopatrywania się w środki produkcji oraz ceny usług i źroacutedeł energii W ocenie obszaru bdquopostęp technologicznyrdquo wyszczegoacutelniono dwa czynniki stosowane metody produkcji i stosowany sprzęt techniczny W grupie czynnikoacutew składających się na sytuację geograficzną otoczenia brano pod uwagę zmiany klimatyczne oraz umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew

W obszarze sytuacja społeczna oceniano głoacutewnie preferencje konsumenckie

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Wyniki wywiadu ktoacutere uzyskano na podstawie kwestionariusza w metodzie studium przypadku przedstawiono wraz z wynikami potrzebnymi do opisu i analizy gospodarstwa w tabeli 1

Tabela 1 Studium przypadku ndash działalność gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

POZYCJA RYNKOWA

Pozycja konkurencyjna na rynku wojewoacutedztwa

Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji Niewielkie

Dystrybucja (powiązania na rynku stali kontrahenci sprawność kanałoacutew dystrybucji)

brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru sprzedaż głoacutewnie na targowiskach

Stopień rozwoju w produkcji

Stopa rozwoju w ostatnich latach (wzrost areału pogłowia itp)

w ciągu ostatnich 5 lat powiększenie areału o 8 ha zwiększenie pogłowia drobiu do około 1000 sztuk

Potencjał (możliwości zwiększenia produkcji)

Niewielki

Liczba konkurentoacutew w najbliższej okolicy liczbę konkurentoacutew szacuje się na 4 gospodarstwa ekologiczne

166

STAN ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

Struktura organizacyjna gospodarstwo prowadzone jest przez małżeństwo niezatrudniające innych pracownikoacutew

Rozlokowanie przestrzenne majątku Dobre

Napięcia w cyklu technologicznym (występowanie szczytoacutew i spiętrzeń)

częste występowanie spiętrzeń w cyklu technologicznym

ZASOBY

Zasoby ludzkie

Kwalifikacje pracownikoacutew gospodarze posiadają wykształcenie zawodowe rolnicze oraz ponad 10ndashletnią praktykę zawodową

Zasoby technologiczne

Wdrażanie nowych technik i technologii produkcji

nabycie ciągnika pługa wahadłowego i wozu asenizacyjnego

Szanse unowocześnienia i zmian w technologiach

Niewielkie

Stosowanie płodozmianu w gospodarstwie praktykuje się duży stopień płodozmianu

Zasoby materialne

Budynki i maszyny

stan techniczny budynkoacutew i maszyn uznać należy jako dobry natomiast stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb jako wysoki

Zapasy wielkość zapasoacutew jest utrzymywana na średnim poziomie warunki składowania są dobre

Ziemia gospodarstwo znajduje się na terenie nizinnym ukształtowanie rozłogu jest korzystne jakość gleb średnia

Inwentarz żywy

stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych jest bardzo dobry wydajność produkcyjna zwierząt oraz ich kondycja została oceniona jako dobra

Zasoby finansowe

Dostęp do źroacutedeł finansowania gospodarstwo korzysta z dopłat z UE w ramach programu rolno środowiskowego

Proporcje finansowania gospodarstwa majątek finansowany jest w przeważającej części przez obce źroacutedła finansowania

Zasoby niematerialne

Reputacja i renoma gospodarstwa w wojewoacutedztwie

Średnia

Marka znak firmowy nie posiada

Nabyte koncesje patenty licencje znaki towarowe i podobne wartości

posiada certyfikat uprawniający do sprzedaży żywności ekologicznej

167

SYTUACJA FINANSOWA

Rentowność uzyskuje średni wynik rentowności

Zadłużenie

występuje zadłużenie spowodowane wysokim kredytem preferencyjnym spłaty zobowiązań kredytowych pokrywane są na bieżąco

SYTUACJA PRAWNA

Stan prawny użytkowanych gruntoacutew i budynkoacutew

własność prywatna obciążona hipoteką

Roszczenia osoacuteb fizycznych i prawnych nie występują

Wykorzystanie majątku gospodarstwa przez inne podmioty

nie występuje

SYTUACJA MAKROEKONOMICZNA

Stan gospodarki i prognozy jej rozwoju umiarkowanie korzystne

Poziom inflacji w Polsce inflacja w grudniu 2010 r wyniosła 31

Oprocentowanie bankowe kredytoacutew rolnicy mogą zaciągać kredyty na zakup ziemi oprocentowane na 2 w skali roku

SYTUACJA RYNKOWA

Sieć sprzedaży nie ma jeszcze wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej rynek zbytu formuje się bardzo powoli

SYTUACJA KONKURENCYJNA

Liczba konkurentoacutew w 2009 r w Polsce gospodarstwa ekologiczne prowadziło 17091 rolnikoacutew w wojewoacutedztwie mazowieckim 1673

Stopień ekspansji konkurencji na rynku

w 2009 r gospodarstw ekologicznych było o 15 więcej niż rok wcześniej w 2008 r było ich o 255 więcej niż w 2007 r w 2007 r w odniesieniu do 2006 liczba ta wzrosła o 29

STAN ZAOPATRZENIA

Warunki zaopatrywania się w środki produkcji

Korzystne

Ceny usług i źroacutedeł energii niekorzystne relacje cen pomiędzy środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

168

POSTĘP TECHNOLOGICZNY

Stosowane metody produkcji umiarkowanie korzystne

Stosowany sprzęt techniczny

umiarkowanie korzystne (sukcesywnie do poprawy sytuacji finansowej nabywany jest jakościowo lepszy sprzęt techniczny)

SYTUACJA GEOGRAFICZNA

Zmiany klimatyczne występujące coraz częściej susze ulewy nadmierne opady śniegu

Umiejscowienie dostawcoacutew i odbiorcoacutew Korzystne

SYTUACJA SPOŁECZNA

Preferencje konsumenckie rosnący popyt na żywność ekologiczną

W celu uzupełnienia metody studium przypadku zastosowano analizę SWOT polegającą na ocenie mocnych i słabych stron gospodarstwa oraz szans i zagrożeń w jej otoczeniu (tab 2)

Tabela 2 Analiza SWOT gospodarstwa ekologicznego w Jankowicach

MOCNE STRONY SŁABE STRONY

CZ

YN

NIK

I W

EW

TR

ZN

E

- wzrost areału w ostatnich latach - korzystne rozlokowanie przestrzenne majątku - ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy - wdrażanie nowych technik i technologii produkcji - stosowanie płodozmianu - dobry stan budynkoacutew gospodarczych - wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb - niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego - dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania - korzystne ukształtowanie rozłogu - bardzo dobry stopień dopasowania stanu pogłowia zwierząt do własnych zasoboacutew paszowych - dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie - dostęp do źroacutedeł finansowania

- brak możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji - brak firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej w okolicy badanego obszaru - niewielkie możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług - stale zwiększająca się liczba konkurentoacutew - częste występowanie napięć (czy spiętrzeń) w cyklu technologicznym - bardzo duże obciążenia kredytowe - brak własnej marki i znaku firmowego - niewielka renoma na rynku

169

SZANSE ZAGROŻENIA

CZ

YN

NIK

I Z

EW

TR

ZN

E

- stan gospodarki i prognozy jej rozwoju - wsparcie rozwoju gospodarstw ekologicznych przez instrumenty finansowe - niskie oprocentowanie bankowe kredytoacutew - postawy konsumentoacutew zdrowej żywności - warunki zaopatrywania się w środki produkcji - rosnący popyt na żywność ekologiczną-pojawienie się nowych grup klientoacutew - wymiana doświadczeń

- wzrastająca inflacja - słabo zorganizowany rynek dystrybucji produktoacutew ekologicznych - stopień ekspansji konkurencji na rynku - wzrost cen środkoacutew produkcji usług i źroacutedeł energii - postępujące zużycie sprzętu technicznego - niekorzystne zmiany klimatyczne - dominacja na rynku produktoacutew spożywczych taniej żywności o niskiej jakości

Rolnictwo ekologiczne to najbardziej przyjazny przyrodzie sposoacuteb produkcji rolniczej ktoacutery wpływa na zwiększenie żyzności gleby i zachowanie roacuteżnorodności biologicznej i krajobrazowej Nie przeciąża środowiska bardziej niż naturalne ekosystemy oraz wpływa na rozwoacutej wsi w aspekcie kategorii społecznych jak i kulturowych Wyeliminowanie chemii rolnej oraz spożywczej wiąże się z osiągnięciem wysokich wartości biologicznych i zdrowotnych produktoacutew Rolnictwo ekologiczne jest najbardziej wydajnym gospodarowaniem uwzględniając nie tylko koszty produkcji w gospodarstwie ale roacutewnież koszty przyrodnicze i społeczne Inspiruje także do wdrażania efektywniejszej organizacji pracy oraz motywuje i aktywizuje mieszkańcoacutew wsi Rolnictwo ekologiczne to najbardziej optymalna forma gospodarowania Wymaga jednak zaangażowania i wiąże się z ciągłym pogłębianiem wiedzy Celem rolnictwa ekologicznego jest zachowanie roacutewnowagi między zasobami ekologii a wymogami ekonomii

Niejeden producent rolny ktoacutery prowadzi nieintensywną produkcję rolną może rozważyć przejście na ekologiczne metody gospodarowania Korzystne warunki przyrodnicze i społeczne oraz wsparcie finansowe w ramach programoacutew rolnośrodowiskowych są czynnikami sprzyjającymi rozwojowi rolnictwa ekologicznego w Polsce Unia Europejska oferuje dopłaty dla rolnikoacutew ktoacuterzy zdecydowali się gospodarować ekologicznie w wysokości od 260 zł na hektar rocznie (trwałe użytki zielone) do 1800 zł (uprawy sadownicze i jagodowe) Niskie oprocentowanie kredytoacutew preferencyjnych daje możliwość nabycia maszyn dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować zatrudnienie

Inflacja należy do najbardziej groźnych czynnikoacutew elementarnych o charakterze politycznym i ogoacutelnoekonomicznym mających nadal

170

niekorzystny wpływ na efektywność gospodarowania dlatego stanowi zagrożenie dla funkcjonowania gospodarstwa

Niekorzystnie przedstawia się brak systemu właściwej dystrybucji Nie ma obecnie zbyt wielu firm zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Rynek zbytu formuje się bardzo powoli dlatego przedsiębiorcy ostrożnie przymierzają się do prowadzenia firm w tej branży

Istotnym zagrożeniem dla funkcjonowania gospodarstwa ekologicznego są zmiany klimatyczne to jest susze ulewy czy nadmierne opady śniegu ktoacutere mają bezpośredni wpływ na produkcję roślinną

Analizowane gospodarstwo ekologiczne znajduje się w miejscowości Jankowice w wojewoacutedztwie mazowieckim Gospodarstwo cechuje ponad 10ndashletnia praktyka zawodowa gospodarzy wdrażanie nowych technik i technologii produkcji stosowanie płodozmianu dobry stan budynkoacutew gospodarczych wysoki stopień przystosowania pomieszczeń do potrzeb niewielkie zużycie urządzeń technicznych maszyn i wyposażenia produkcyjnego dobre warunki składowania zapasoacutew oraz minimalny koszt ich utrzymania korzystne ukształtowanie rozłogu oraz dobra wydajność produkcyjna zwierząt w gospodarstwie Stopa rozwoju jest stabilna o czym może świadczyć wzrost areału i pogłowia w ostatnich latach

Słabą stroną gospodarstwa jest brak firm w okolicy zajmujących się dystrybucją żywności ekologicznej Możliwości obniżenia kosztoacutew produkcji jak roacutewnież możliwości zwiększenia produkcji i poszerzenia zakresu usług są niewielkie Słabą stroną gospodarstwa są roacutewnież bardzo duże obciążenia inwestycyjne oraz brak własnej marki i znaku firmowego

Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce zależy od wielu czynnikoacutew Niewielki poziom zużycia pestycydoacutew i nawozoacutew mineralnych w poroacutewnaniu ze stanem w krajach wysoko rozwiniętych Unii Europejskiej wiąże się z ekstensywnym charakterem produkcji rolniczej Po przestawieniu gospodarstwa na metody ekologiczne plony nie maleją w tak wysokim stopniu jak w przypadku gospodarstwa produkującego intensywnie Często zdarza się roacutewnież iż rolnicy po przejściu z ekstensywnych metod produkcji na ekologiczne uzyskują lepsze plony W krajach zachodnich można zaobserwować większe zainteresowanie produktami ekologicznymi co w konsekwencji stwarza możliwość eksportu takich produktoacutew Na dalszy rozwoacutej gospodarstw ekologicznych w Polsce ma wpływ właściwe i powszechne zaangażowanie w szczegoacutelności władz i samorządoacutew rolniczych oraz lokalnych ośrodkoacutew doradztwa rolniczego ktoacutere miałyby odzwierciedlenie w szkoleniu rolnikoacutew podejmujących się przejścia na taki rodzaj gospodarowania oraz większe zaangażowanie placoacutewek naukowo ndash badawczych jak i wyższych uczelni rolniczych w badaniach na rzecz rolnictwa ekologicznego Jednak największą szansą dla rozwoju gospodarstw ekologicznych w Polsce jest rosnące zainteresowanie konsumentoacutew żywnością wysokiej jakości wynikające z

171

troski o zdrowie i obawami związanymi z chorobami spowodowanymi skażoną żywnością

WNIOSKI

1 Odchwaszczanie metodą mechaniczną jest uciążliwe a uprawa roślin

bez nawozoacutew sztucznych i chemicznych środkoacutew ochrony roślin jest

droższa

2 Mimo atrakcyjnego systemu dopłat uprawy ekologiczne nadal są

nieopłacalne między innymi z powodu braku właściwego systemu

dystrybucji Rynek zbytu tworzy się bardzo wolno dlatego

przedsiębiorcy ostrożnie decydują się na prowadzenie firm w tej

branży

3 Rozwoacutej rolnictwa ekologicznego jest ograniczony brakiem organizacji

rynku produktoacutew ekologicznych oraz brakiem ich reklamy i promocji

Nie ma roacutewnież ogoacutelnodostępnych informacji o rolnikach

ekologicznych co wynika z ochrony danych osobowych co bardzo

utrudnia dostęp handlowcom i konsumentom do produktoacutew

ekologicznych

4 Ograniczenie stanowi skala produkcji Gospodarstwa ekologiczne są

niewielkie i w konsekwencji nie są w stanie dostarczać tak dużych

partii produktoacutew jakich oczekują odbiorcy

5 Rozwoacutej gospodarstw ekologicznych zależy od zainteresowania

konsumentoacutew zdrową żywnością oraz gotowością producentoacutew do

spełnienia ich oczekiwań Żywność bez konserwantoacutew i agrochemii

a w szczegoacutelności niemodyfikowana genetycznie to produkt bardzo

pożądany zwłaszcza przez zamożniejszych konsumentoacutew jednak

wciąż dominuje na rynku tania żywność o niskiej jakości

6 Rosnące zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości to realna

szansa na zwiększenie dochodoacutew gospodarstwa a pracochłonne

i długotrwałe metody produkcji powodują tworzenie nowych miejsc

pracy

7 Prowadzenie gospodarstwa ekologicznego daje możliwość eksportu

produktoacutew ekologicznych na rynek Unii Europejskiej

8 Wciąż rosnąca liczba gospodarstw ekologicznych wpływa na

powstawanie firm ktoacutere zajmują się obrotem produktoacutew ekologicznych

oraz punktoacutew ich sprzedaży

172

9 Niskoprocentowe kredyty preferencyjne umożliwiły nabywanie maszyn

dużej wydajności co umożliwia nie tylko szybsze i sprawniejsze

wykonanie poszczegoacutelnych zabiegoacutew ale pozwala zwiększyć

dokładność prac ograniczyć straty i przede wszystkim zredukować

zatrudnienie

10 Powstawanie nowych firm oferujących roacuteżnego rodzaju środki

produkcji wpływa na znaczne ułatwienia w ich nabywaniu Jednakże

wzrost konkurencji pomiędzy firmami z otoczenia rolnictwa nie

odzwierciedla się w proponowanych cenach na środki produkcji

i usługi Stale powiększa się niekorzystna relacja cen pomiędzy

środkami produkcji a wytwarzanymi produktami

11 Przedsiębiorstwa aby przetrwać i utrzymać się na rynku muszą

przewidywać i trafnie oceniać swoją sytuację tj zdolność do

efektywnego działania i zdolność do rozwoju w zmieniającym się

otoczeniu Warunkiem odniesienia sukcesu przez gospodarujących

jest podejmowanie decyzji pozwalających dostosować działalność do

sytuacji rynkowej W tym celu niezbędne staje się określenie atutoacutew

i słabości gospodarstw oraz identyfikacja okazji i pułapek ktoacutere tkwią

w otoczeniu

LITERATURA

1 Baum R Wielicki W 2004 Metoda analizy SWOT jako narzędzie

analizy strategicznej przedsiębiorstw agrobiznesu Wyd Akademii

Rolniczej im Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Poznań

2 httpminrolgovpl

Development of organic farms in 2006 ndash 2009 in Masovia

173

Urkan Erkan Herbst Andreas Guler Huseyin

Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey) Federal Research Centre for Cultivated Plants Julius Kuehn Institute Application Techniques Division Messeweg (Germany) Ege University Faculty of Agriculture Department of Agricultural Machinery Izmir(Turkey)

Drift Potentials of Domestic Manufactured Hollow Cone Nozzles in the Wind Tunnel

ABSTRACT

In spite of harmfull effects of pesticides on environment and its inhabitants pesticides should be used To minimize the negative effects of the pesticides the spraying should be done not only on the right time and with enough amount of right pesticide but also with the appropriate equipmentIn Aegean Region (Turkey) there are about 500000 ha vineyards Vineyard farmers generally apply pesticides in high application rate with high frequency (sometimes 20-25 times a year) But there are no drift preventing systems on the generally air-assisted sprayers which are used there The constructive enhancement on the currently used machines will be expensive and time consuming But it is known that the cheapest and easiest thing that can be applied on the machine to reduce spray drift is to choose a suitable nozzleIn this study trials were made in the wind tunnel located in the Institute for Application Techniques in Crop Protection Julius Kuumlhn Institute (Formerly BBA) Braunschweig Germany In the trials Teejet Air Induction (AI) Air Induction XR (AIXR) Extended Range Flat Fan (XR) and domestic manufactured Hollow Cone Nozzles were used And for reference nozzle Lurmark conventional 110o flat fan nozzle was used This study is made for determining the nozzle which will cause the least spray drift under controlled conditions

Keywords Air-Asissted Sprayer Air Induction (AI) Nozzle Air Induction XR Nozzle Extended Range Flat Fan (XR) Nozzle Hollow Cone Nozzle

INTRODUCTION

Viticulture is one of the most important branches of Turkish agriculture It has a great importance in Turkeyrsquos agricultural structure and it makes great contributions to Turkish economy Turkey has some advantages in the production of grape Not only the climate but also the soil is convenient for the production of grape In Turkey there are approximately 500000 enterprises occupied with viticulture However these are small scale enterprises 87 of which are below 10 haThe vast majority of Turkeyrsquos vineyards are owned by small independent farmers In Turkey the highest

174

total area of vineyard is in the Aegean Region This area is 33 of the total vineyards of Turkey Aegean Region ranks the 1st Mediterranean Region the 2nd Central-South Region the 3rd in terms of fresh grape productionWhile 75 of the fresh grapes of the approximate 4 million tons of production was consumed inland 25 of them was exported as dried grape table grape and a very small quotient as wine In 2008 total income from grape export has reached to 520 million dollars of which 1694 million dollars belong to table grape and 3495 million dollars belong to dried grape (Ccedilelik H 2010)

SPRAY DRIFT

During the pesticide application according to the application type some amount of the pesticide goes away from the target When the pesticide droplets or particles move through the air at the time of pesticide application or soon thereafter from the target site to any non- or off-target site this is called spray drift High concentrations of pesticide drift in the air can cause acute poisonings resulting in serious illness and in rare cases death Pesticide drift can also harm the local environment by contaminating waterways air and soil killing fish birds and other wildlife Not all pesticide drift happens during or right after a pesticide application Some pesticides continue to evaporate from fields for several days to several weeks after an application is completed People who live near farms or in the city can all be affected by pesticide drift

Drift is undesirable for economic environmental and safety reasons It should be reduced to minimum levels because it results in inefficient use of application equipment and applicator time it may result in under-application of chemicals and ineffective pest control which leads to additional applications reduced yield and higher production costs it may result in over-application if the applicator knowingly over-applies chemicals to compensate for drift losses and to ensure the desired level of control losses andor costly litigation may result if sensitive crops in adjacent fields are damaged unintentional contamination of foodstuffs from unacceptable pesticide residues can result in mandatory destruction of the crop it may contribute to pollution of air and water resources and it may affect the health and safety of susceptible human and livestock populations (Ozkan E 1998) The ideal nozzle-pressure combination should maximize spray efficiency by increasing deposition and transfer of a lethal dose to the target while minimizing residues off-target losses such as spray drift and user exposure (Nuyttens et al 2009) In Turkey vineyard farmers mostly use mounted and pto-driven conventional air-assisted sprayers The axial fan air-assisted sprayer fitted with hydraulic hollow cone nozzles is the predominant design of sprayers used in orchards It produces a large radial spray plume which could involve a significant risk of off-target contamination by spray drift and losses on the ground a subject of increasing public concern (Jamar L 2010) They prefer to use these

175

sprayers in vineyards because the increases crop penetration and higher pesticide deposition on the both upper-side and under-side of the leaves

However Turkish farmers make some mistakes during the applications Dependent on the plant canopy farmers operate the sprayers with only 2 or 3 nozzles with a very high operating pressure by adjusting the regulator at about 20-25 bar during the application This kind of high operating pressure produces small droplets which may easily increase the drift amount Additionally as a result of the unsuccesful applications they apply pesticides in high application rate with high frequency The most interesting thing is the sprayers which are used in vineyard spraying do not have any drift preventing systems Since it is expensive to modificate available sprayer to reduce drift amaount by changing nozzle type and size will be easier and cheaper way to control drift The main objectives of this study were to measure airborne spray deposits of different nozzle types and sizes in a wind tunnel to determine their drift potential using wind tunnel approaches and to compare the drift potential results with the reference spraying

MATERIAL AND METHODS

Whilst field research is appropriate to obtain realistic estimates of drift with sprayers under a range of working conditions and also to validate spray drift models the controlled conditions found in wind tunnels make them well suited for studies where relative drift values are required (Nuyttens et al 2009) Wind tunnel experiments provide an efficient method for supporting and complementing the data derived from field experiments They can be used to measure airborne spray and in some cases the size and velocities of drifting droplets The nozzles mounted in the wind tunnel may provide suitable methods for measuring and classifying the performance of nozzle systems without the effects caused by the sprayer or the tractor on which the nozzles are normally mounted

In this study the wind tunnel measurements were carried out in the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig GermanyThe wind tunnel was constructed as a closed loop in 1993 The advantage of the close loop is to determine the potential of sprays to drift can be made with different spraying systems under directly comparable and repeatable conditions which is not the case for field measurements The measuring section of the tunnel was made of stainless steel Measuring partrsquos length is 10 m width 24 m and height 16 m

The control unit allows adjusting of air temperature relative humidity and the air velocity in order to produce the required conditions for the applicationsThe air temperature can be adjusted from 10 to 30ordmC relative humidity from 40 to 80 air speed up to 15 ms Windtunnel protocols are essential for determining the drift potentials The measuring method is in

176

conformity with ISO 22856 - Equipment for crop protection-Methods for the laboratory measurement of spray drift-Wind tunnels

Trials were conducted at (2plusmn002) ms air speed (20plusmn1) oC temperature and (80plusmn5) relative humidity conditions As the sampling surface strings made of polyethylene (PE) with a diameter of 2 mm were used Pyranin was used as fluorescent tracer dye The concentration of pyranin was 1 The nozzle was oriented to discharge spray downward toward the wind tunnel floor In the experiments Teejet (Spraying Systems Co Wheaton USA) AI XR AIXR and local production hollow cone nozzles were used For reference nozzle Lurmark (Hypro EU Limited Longstanton Cambridge UK) conventional 110ordm flat fan nozzle of size 03 was used The working pressure for this nozzle was 3 bar Spraying time differs according to different application rates If the spraying time is too long the droplets may easily drop to the ground during drying and carrying To prevent this pre-trials were made to determine the spraying time according to the type of the nozzle and the aplication rate After each spray run strings were allowed to dry and then every string was passed throught the U-tube that contains 5 ml of deionized water During this application U-tube was inside the ultrasonic bath (Brainsonic 52) for better dissolving of the residue amount on the string Then the liquid inside the U-tube was passed through Kontron SFM 25 fluorometer (Kontron Instruments AG Zurich Switzerland) and the measurements were recorded

RESULTS AND DISCUSSION

The results obtained from the experiments conducted in the wind tunnel for various nozzles are given in Figure 1

Figure 1 Drift amount (ml s-1) according to the nozzles A=Nozzles with low application rate B=Reference nozzle C=Nozzles with mid application

rate D=Nozzles with high application rate

The drift amount according to the nozzles are given in Figure 1 Letter ldquoBrdquo is the reference nozzle Letter ldquoArdquo represents low ldquoCrdquo represents mid and ldquoDrdquo

177

represents high application rates Drift amount increased with the increasing of the application rate During the low application rate highest drift occured when 12 mm nozzle was used in 8 bars Nevertheless in mid and high application volumes highest drift occured at working with 12 mm nozzle and XR 110-08 VP nozzles Spraying pressures for these nozzles were 10 and 25 bar for mid application rate 6 and 4 bar for high application rate respectively Although the application rate for local production hollow cone nozzle is approximately half of XR type nozzle the drift amount was higher in low application rate For the mid and high application rates conventional and XR type nozzle had the highest drift

Airborne drift volume flux for the low mid and high application rate nozzles versus heights are shown in figures 2 3 and 4 In Figure 2 the maximum drift was measured on 100 mm and 200 mm heights for the nozzle 12 mm-8 bar In Figure 3 on 100 mm height the maximum drift was for 12 mm-8 bar and on 200 mm height for the nozzle XR 110-08 VP-25 bar In Figure 4 the maximum drift was for XR 110-08 VP-4 bar on 100 and 200 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-05 VS-3 bar

AIXR 110-04-4 bar

XR 110-08 VP-1 bar

12 mm-8 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 2 Airborne drift volume flux for the low application rate nozzles according to the heights

178

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Heig

ht

(mm

)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-4 bar

AIXR 110-06-4 bar

XR 110-08 VP-25 bar

12 mm -10 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 3 Airborne drift volume flux for the mid application rate nozzles according to the heights

0 2 4 6 8 10 12 14 16

100

200

300

400

500

Hei

gh

t (m

m)

Airborne drift volume flux - μl (s mm)-1

AI 110-06 VS-6 bar

AIXR 110-06-6 bar

XR 110-08 VP-4 bar

15 mm-6 bar

Lurmark 110-03-3 bar

Figure 4 Airborne drift volume flux for the high application rate nozzles according to the heights

AI and AIXR nozzles provided a lower drift compared to local and XR nozzles As a common view air induction nozzles decrease drift by increasing the droplet size (Hofman V and Solseng E 2001 Ozkan 1998) Drift reduction percentage means that the nozzle reduces the drift amount in percentage compared to the reference nozzle In Table 1 drift reduction percentages of the nozzles were calculated according to the reference nozzle AI 110-05 VS provided the lowest drift potential according to the reference nozzle At low application rate only the local nozzle (12 mm-8bar) had high drift potential

179

Table 1 Percentage of the drift reduction facilities of the nozzles according to the reference nozzle

Nozzles Drift Reduction () Aplication Rate Classification

AI 110-05 VS-3 bar 72

Low AIXR 110-04-4 bar 52

XR 110-08VP-1 bar 47

12 mm-8 bar -46

AI 110-06 VS-4 bar 55

Mid AIXR 110-06-4 bar 45

XR 110-08VP-25 bar -54

12 mm-10 bar -49

AI 110-06 VS-6 bar 5

High AIXR 110-06-6 bar -2

XR 110-08VP-4 bar -123

15 mm-6 bar -80

Lurmark 110-03-3 bar Reference Nozzle

When the application rate was mid the local nozzle (12 mm-8bar) and XR nozzle (110-08VP-25 bar) had high drift potentials When the application rate was high the local nozzle (12 mm-8bar) XR nozzle (110-08VP-25 bar) and AIXR (110-06-6 bar) had high drift potential

Air induction nozzles are relatively new so more research and experience is needed to verify this concept These nozzles produce large drops so coverage may be reduced in the case of their use in applying insecticides and fungicides Some pesticides require small droplets for good coverage and the air-induction type design may not produce the best coverage (Hofman V and Solseng e 2001) Otherwise hollow cone nozzles produces small droplets thus they improve the coverage But in this study the droplet size determinations and field tests were not made Drift values under realistic conditions can only be obtained by means of field drift experiments (Herbst A 2005) For drift measurements the application volume is very important variable because increasing the application volume by increasing the nozzle orifice size also reduces the number of droplets created under 200 microns (Wolf RE 2000) As it was shown before the application rates for the local nozzles were half of the other nozzles Although the spray rate for the local nozzle was too low the drift amount was too much

In pesticide applications Turkish vineyard farmers should pay attention to spray drift Currently used hollow cone nozzles produced more drift than air induction type nozzles To reduce the spraying drift during pesticide application it is recommended to use the nozzles which provided best

180

results during wind tunnel trials Although field tests are deficiency of this study wind tunnel test have a vital importance for the determination of the spray drift under the certain conditions

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to thank the researchers of the Institute for Application Techniques in Crop ProtectionJulius-Kuumlhn-Institut Braunschweig (Formerly BBA) for their useful supports in the wind tunnel experiments

LITERATURE

1 Ccedilelik H Kunter B Soumlylemezoğlu G Erguumll A Ccedilelik H Karataş

H Oumlzdemir G Atak A 2010 Bağcılığın Geliştirilmesi Youmlntemleri ve

Uumlretim Hedefleri Ziraat Muumlhendisleri 7 Teknik Kongresi Bildiriler

Kitabı 493-513

2 Herbst A 2005 Proceedings of International Symposium on Pesticide

and Environmental Safety Beijing 2005 39-46

3 Hofman V Solseng E 2001 Agricultural and Biosystems

Engineering AE-1210 June 2001 Reducing Spray Drift

4 Jamar LMostade O Huyghebaert B Pigeon O Lateur M 2010

Comparative performance of recycling tunnel and conventional

sprayers using standard and drift-mitigating nozzles in dwarf apple

orchards Crop Protection article in press

doi101016jcropro200912018

5 Nuyttens D Taylor WA De Schampheleire M Verboven P

Dekeyser D 2009 Influence of nozzle type and size on drift potential

by means of different wind tunnel evaluation methods Science Direct

Biosystem Engineering 103 (2009) 271-280

6 Nuyttens D De Schampheleire M Verboven P Brusselman E

Dekeyser D 2009 Droplet size and velocity characteristics of

agricultural spraysVol 52(5) 1471-1480 American Society of

Agricultural and Biological Engineers

7 Ozkan H E 1998 New Nozzles for Spray Drift Reduction Ohio State

University Extension Service Publication AEX 523-98 Columbus

Ohio

8 Wolf R E 2000 Strategies to Reduce Spray Drift Kansas State

University Extension Service

181

Zholobko Volodymyr Lys Oleksandr

Lviv National Agrarian University Scientific guardian ndash Rostyslav Datsuk Prof of the mechanics and power engineering faculty

Turbo-supercharging equipment of gas-cylinder automobiles engines

ANNOTATION

The article examines the problems of implementation of turbo-supercharging of gas-cylinder automobiles and buses and reequipment of gasoline engines into the gas ones

Key words gas-turbine supercharging tursupercharging turbo-compressor mathematic model gas engine

From the history of turbo-supercharging consumption

During the last decades both Ukraine and other countries witnessed considerable interest in turbo-supercharging of automobile engines Turbo-supercharging is able not only to increase an engine capacity without enlargement of its mass and dimensions but also to decrease the fuel consumption and toxicity of exhaust gases Thus the problem of improvement of fuel economic efficiency and decreasing of automobiles toxicity by turbo-supercharging of gasoline can be successfully solved The piston engine turbo-supercharging means the increase of weight filling of a cylinder with air and fuel mixture by means of increasing pressure at the inlet This increase is secured by turbo-supercharging

The air may be supercharged in the engine cylinders in different ways (by the driving blower or gas-conduction turbo-compresor) Turbo-supercharging of the automobile gasoline engines were first implemented in 1952

Air supercharging in the engine cylinder increases pressure and temperature at the inlet and backpressure at the out et

Mixture preparation may be intensified by the carburetor feeding which helps to distribute the mixtures into cylinders in equal portions and to facilitate the filling factor Raising the temperature of the supercharged air causes some decrease of the charge dencity

Due to the turbo-supercharging implementation as well as to the increase of pressure and temperature of the working medium the process of ignition is facilitated All the mentioned above factors secure more qualitative mixture preparation with increased velocities

182

Analysis of the impact of turbo-supercharging on the functioning of internal combustion engines

One of the most promissing directions in the field of improving technical and economic parameters both of the traditional and recently developed internal combustion engines is implementation of gas and turbine supercharging Engine equipment of gas automobiles gives them the opportunities to run with consumption of both compressed gas and gasoline when the turbo-supercharging is turned off and the engine parameters are fixed

One of the most typical ways of the consumption of the natural gas in automobiles is the reequipment of mass-produced gasoline engines with equipment of mass-produced gasoline engines with spark ignition into the gas ones This will save gasoline and help to decrease harmful exhausts contents

Nevertheless re-equipment of the lower heat of combustion of gas and air mixture in comparison with the gasoline and air mixture and worse filling of cylinders with fresh chargings This in its turn will worsen draught and dynamic properties of an automobile Therefore the problem of improving technical and economic parameters of gas engines becomes particularly acute

The capacity of re-equipped engine may be renewed by increasing the level of risk to 10hellip12 units which is quite possible for the natural gas with the octane number of 90-110 opposed to 85-90 in gasolines (according to motor method) But then the engine cannot function on gasoline consumption Thus it will not be universal

There exists another way of improving the filling capacity of gas engines cylinders with fresh charge of turbo-supercharging This approach is quite fresh

Consumption of gas fuel by auto transport is mostly stimulated by our acute need in decreasing the toxicity of exhausts

Because of the described above reason many countries do their bests to re-equip their public transport (first of all buses ) for gas fuel consumption

Nevertheless the majority of automobile gas engines are in fact gasoline engines with spark ignition which operate both on gasoline and gas and therefore they are called the two-fuels engines The compression level is limited by the barrier of work without detonation on gasoline The loss of capacity may be renewed by implementation of gas and turbine supercharging The engine capacity when consuming the natural gas should not be more then in case of consuming gasoline In this way one may prevent mechanic and therminc overloading of engine parts which may cause the early wear and even failures

183

We experimented much with gas and gasoline engines and developed the principal plan of the system of gas and turbine supercharging for automobile gas engines and mathematic models for calculative and theoretic research

The objects of our research are gas engines ЗИЛ ndash 138 ИН ЗИЛ ndash 138 ИНand ЗМЗ ndash 53 where gas and air mixtures are prepared in carburetors-mixers The most serious drawback of the plan of introduction of turbo ndash compressor instead of carburetor is the danger of surging the compressor on the small openings of throttle damper Therefore we took a decision to set turbo-compressor in front of carburetor which needs the damper`s sealing

In our plan gas comes from the reduction gear into carburetor-mixer under surplus pressure Therefore diaphragm cavities of mass ndash produced two ndash levelled reductor of high pressure is not connected with atmosphere but with the inlet branch pipe of a carburetor-mixer where air is conducted by a turbo-compressor

When consuming gasoline turbo ndash compressor is turned off by exhausts passing the collector outside turbine with the help of a damper The damper is affected by pneumo-cylinder which functions under pressure of gas coming from the reduction gear In such case the air comes to a carburetor-mixer directly through the reciprocative valve Gasoline is conducted from the filter by gasoline pump to electromagnetic valve and then to a carburetor-mixer

We compare interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИНwith turned in and turned off supercharging Due to the supercharging the capacity of gas engine increased from 93 to 132 kWt (on 41) Specific consumption of gas power decreased within the frequency of crankshaft rotation of 17 00 hellip 32 00 min-1 for 35 hellip 52 MJ (kWt h)

184

Fig 1 Plan of supercharging for gas and gasoline engine

1 ndash gas heater 2 ndash reduction gear of high pressure 3 ndash consumption valve 4 ndash electromagnetic valve-filter 5 ndash outlet collector 6 ndash damper for

exhausts passing 7 ndash turbo-compressor 8 ndash gas pressure timer 9 ndash aircoolant 10 ndash gasoline pump 11 ndash electromagnetic gasoline valve 12 ndash carburetor-mixer 13 ndash air cleaner 14 ndash reciprocal valve 15 ndash gas reductor

gear of a low pressure

The control over correctness of turbo ndash supercharging selection is made by the way of comparing consumption characteristics of turbo ndash compressor and hydravlic characteristics of the engine

CONCLUSIONS

Our research resulted in the following conclusion

1 Mass ndash produced Ukrainian turbo-compressor TKR-7 may be

consumed for the supercharging of universal automobile gas engines

ЗИЛ ndash 138 ИН and ЗМЗ ndash 536 with consumption of intermediate

cooling of the supercharged air Turbo-compressor is to be set in front

of the gas and air mixer to prevent throttling of the fresh charge steam

185

at the compressor inlet during the regulation of the engine capacity by

throttle damper of a carburetor

Fig 2 The interior speed characteristics of the engine ЗИЛ ndash 138 ИН with turbo-supercharging ndash without turbo-supercharging

2 The system of gas and turbine supercharging secures not only

renovation of the capacity of gasoline engines and their coming to the

natural gas consumption but also improves their fuel economical

efficiency for 12 It also decreases carbone oxide contents in exhaust

gases for 20 comparing with the engines which are not equipped with

supercharging But here the contents of nitric oxides in exhaust gases

may be somehow increased

3 Exploitation testings of the engines with turbo ndash supercharging in the

buses ЛАЗ ndash 699 РГ and automobiles ЗИЛ ndash 138 АГ ГАЗ ndash 53 АГ

confirmed the usefulness of the developed system of supercharging

4 On the basis of our research results one may recommend gas and

turbine supercharging with turbo ndash compressor TRK ndash 7 on the

universal gas engines ЗИЛ ndash 138 АН ЗИЛ ndash 138 ІНand ЗМЗ ndash 53

186

LITERATURE

1 ндреевВ И КрамарьМ П

Турбонаддувсовременныхбензиновихдвигателей - М

НИИНавтопром 1986-211с

2 ОтчетоНИРЭкспериментальныеисследованияопытныхобраз-

овдвухтопливныхгазобензиновыхдвигателейЗИЛ-130 иЗИЛ-375

сгазотурбиннымнаддувом КравецВИ ДацюкРЕ ЖабинВМ

ФурмановНН ЗваричБН ЛСХИ ВНИИГаза -Москва- Львов

1990 -103с

3 ЗвітпроНДРпогоспдоговірнійтемі N21-333-91

СтендовівипробуваннягазобензиновогодвигунаЗИЛ-138И (ЗИЛ-

375) зтурбо-наддувом ДацюкРЮ КравецьВІ СкречкоГВ

ЗваричБ М КудринецькийБП-Дубдяни1991-37с

Page 7: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 8: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 9: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 10: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 11: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 12: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 13: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 14: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 15: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 16: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 17: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 18: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 19: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 20: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 21: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 22: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 23: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 24: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 25: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 26: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 27: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 28: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 29: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 30: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 31: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 32: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 33: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 34: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 35: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 36: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 37: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 38: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 39: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 40: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 41: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 42: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 43: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 44: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 45: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 46: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 47: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 48: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 49: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 50: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 51: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 52: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 53: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 54: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 55: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 56: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 57: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 58: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 59: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 60: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 61: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 62: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 63: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 64: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 65: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 66: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 67: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 68: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 69: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 70: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 71: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 72: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 73: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 74: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 75: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 76: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 77: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 78: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 79: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 80: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 81: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 82: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 83: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 84: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 85: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 86: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 87: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 88: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 89: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 90: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 91: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 92: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 93: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 94: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 95: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 96: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 97: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 98: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 99: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 100: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 101: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 102: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 103: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 104: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 105: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 106: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 107: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 108: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 109: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 110: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 111: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 112: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 113: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 114: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 115: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 116: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 117: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 118: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 119: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 120: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 121: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 122: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 123: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 124: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 125: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 126: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 127: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 128: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 129: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 130: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 131: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 132: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 133: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 134: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 135: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 136: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 137: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 138: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 139: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 140: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 141: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 142: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 143: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 144: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 145: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 146: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 147: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 148: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 149: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 150: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 151: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 152: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 153: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 154: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 155: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 156: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 157: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 158: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 159: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 160: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 161: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 162: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 163: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 164: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 165: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 166: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 167: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 168: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 169: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 170: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 171: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 172: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 173: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 174: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 175: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 176: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 177: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 178: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING
Page 179: FACULTY WYDZIAŁ OF PRODUCTION INŻYNIERII ENGINEERING