2. IntroducereTransportul produselor in stare fluid2.1 Caracteristicile curgerii fluidelor In procesele tehnologice din industria alimentar ,materiile prime care se prelucreaz produsele intermediare si produsele finite ob inute se gasesc de cele mai multe ori in stare fluid sau sunt aduse in aceasta stare. Prin starea fluid sau fluid se intelege acea stare care se caracterizeaz prin mi carea moleculelor unele fa a de altele si printr-o deformare u oar . Cele mai reprezentative fluide sunt lichidele si gazele.Acestea se deosebesc prin efectele pe care le au asupra starii lor ,tempereatura si presiunea. Lichidele se consider practic necompresibile si nedilatabile,adic cu cre terea presiunii i i mic oreaza pu in volumul iar cu cre tera temperaturii i i maresc pu in volumul.Deci densiatea lor variaza pu in cu schimbarea presiunii si a temperaturii. Curgerea este caracterizat de deplas rile straturilor sau particulelor ce constituie fluidul respectiv. La vitezele relativ mici ale fluidului ce curge printr-o conduct se formeaz straturi de particule dispuse paralel, care se deplaseaz lini tit, men inndu-se pe traiectorii paralele de-a lungul conductei. Curgerea realizat n aceste condi ii cu o anumit vitez direc ionat n direc ia general de curgere se nume te curgere laminar . La viteze mai mari de deplasare, curgerea poate p stra aspectul de curgere laminar pn la o anumit vitez , numit vitez critic , cnd particulele nu se mai men in n straturi paralele. In acest caz, particulele se amestec ntre ele, iar traiectoriile de deplasare nu se mai continua paralel, ci apar uneori i traiectorii transversale ce determin deplasarea dezordonat a unor particule n a a numitele vrtejuri sau turbioane, cu toate c n ansamblu fluidul se deplaseaz ntr-un singur sens.

~1~

In stare fluid ,materialele sunt transportate in instala iile industriale conform fluxului tehnologic,sau sunt supuse unor prelucrari de natur fizic ,chimic si microbiologic cerute de procesul tehnologic. Fluidele se deplaseaz prin conducte, canale sau uitlaje sub ac iunea unei energii mecanice din exterior sau sub ac iunea energiei poten iale dat de o diferen transport lichide s-a ncet enit denumirea de pompe. Fluidele se transporta prin conducte inchise sau prin canale cu ajutorul energiei reaizata prin diferen a de nivel sau diferen a de presiune intre intrarea si ie irea din sistem sau folosind pompe care sa asigure energia mecanic necesar realiz rii transportului. Se poate afirma c productivitatea utilajului este cu at t mai mare cu c t mi carea materialelor este mai rapid . Transportul i distribu ia fluidelor ntre utilajele unei instala ii tehnologice sau la distan e mari se realizeaz prin conducte. n func ie de destina ia lor, conductele se clasific n: conducte magistrale i conducte tehnologice. Conducta este un ansamblu de elemente montate etan ntre ele, pe un traseu bine determinat, care serve te la transportul mediilor tehnologice aflate n stare lichid sau gazoas . 2.2 Conductele Conductele servesc la transportul si distribu ia fluidelor in instala ii intre aparatele si utilajele componente. Conductele magistrale servesc pentru transportul unor fluide pe distan e mari i foarte mari. Din aceast categorie fac parte: conductele de aduc iune a apei, magistralele de transport ale gazelor naturale (gazoducte) sau ale i eiului (oleducte).Conductele tehnologice fac leg tura dintre utilajele unei linii de fabrica ie. Deoarece utilajul serve te transport rii industriale a produselor, este absolute necesar ca asamblarea tuturor elementelor componente ale conductei s se fac etan , aceasta realizndu-se prin sudare, lipire, filetare sau demontabil prin flan e, permi nd o etan are perfect din punct de de nivel.Pentru utilaje care

~2~

vedere tehnic i posibilitatea unui transport nentrerupt al produselor. Conductele se calsific n conducte metalice i nemetalice. evile de o el se fabric din o el-carbon, iar cele din font se fabric din font cenu ie. Pentru condi iile grele de lucru (temperature sau presiuni ridicate, ac iune coroziv puternic etc.), se folosesc evi din o eluri aliate cu crom, nichel i molibden sau conducte de font cu un con inut ridicat de siliciu. Dintre materialele nemetalice, ntrebuin ate la fabricarea conductelor fac parte: cimentul, gresia, bazaltul, por elanul, sticla, lemnul, cauciucul i n ultima vreme materialele plastice din PVC. Conducta este format , n principal, din urm toarele elemente: evi sau tuburi piese de imbinare ntre evi sau tuburi: flan e, mufe, nipluri, coturi, teuri, reduc ii, etc. arm turi pentru comanda i controlul curgerii fluifelor: robinete, vane, instrumente de m sur a debitului i a unor parametri ai fluidului dispozitive de fixare, de rezemare i compensatoare de dilatare termic s fie cel mai scurt posibil schimb rile de direc ie s fie ct mai pu ine conducta s nu afecteze amplasarea utilajelor accesul la robinete, aparate de m sur , etc. s fie u or Elementele componente ale conductelor se asanbleaza pe un traseu dinainte stabilit astfel incat:

3.Principii teoreticeEcuatii fundamentale ale curgerii fluidelor 3.1 Ecua ia de continuitatePentru deducerea acestei ecua ii se analizeaz curgerea unui fluid de densitate continu , f r ramifica ii, a c rei sec iunea A este variabil (fig.8,a). Viteza fluidului n interiorul conductei poate avea valori diferite n puncte diferite, astfel: n cap tul cu sec iunea A1, viteza particulelor de fluid este v1, iar n cap tul cu sec iunea A2, viteza este v2. Intr-un interval de timp t1, un element de fluid parcurge distan a v1 t1. Masa de fluid ce traverseaz sec iunea transversal A1, n intervalul t1este: m1= 1.A1.v1. t1 Debitul masic, n aceste condi ii, n sec iunea A1 este: printr-o conduct

~3~

Qm1 !

( m1 ! V1 A1 v1 ( t1

Considernd fluidul ajuns n cap tul 2 al conductei a c rei sec iune transversal este A2, rezult c debitul masic n aceast sec iune este:

Intru-ct n cazul studiat s-a considerat c de-a lungul conductei nu exist ramifica ii i nici neetan eit i care s determin pierderi de fluid se poate scrie c lichidele sunt incompresibile) i Qm1=Qm2, rezult c : A1v1=A.v2 sau generaliznd pentru mai multe sec iuni transversale ale conductei, se ob ine rela ia: Av = cnst. In cazul lichidelor incompresibile, care curg n regim sta ionar, viteza fluidului variaz invers propor ional cu aria sec iunii transversale, fiind mai mare n sec iunile nguste ale conductei. Pe m sura ce distan a dintre liniile de curent descre te, viteza fluidului cre te, astfel nct acolo unde liniile de curent sunt rare, viteza fluidului este mic viteza fluidului este mare. i invers, unde liniile de curent sunt dese, m1= m2, 1= 2 (pentru c

3.2 Legea conservarii maselor i energiei ( Ecua ia lui Bernoulli)Deducerea ecua iei lui Bernoulli are la baz teorema energiei cinetice conform c reia lucrul mecanic efectuat de for a rezultant care ac ioneaz asupra unui sistem este egal cu varia ia energiei cinetice a sistemului. Pentru a se aplica la curgerea fluidelor aceasta teorem , se consider o por iune de conduct ca in figu n cap tul 1 unde sectiunea este A1( conducta este orizontal , amplasat la cota h1 fata de un plan de referint "zero". Pe masur ce conducta urc spre cota h2, ea se ngusteaz , astfel n cap tul 2 sec iunea ei este A2. Se consider c , pe locul por iunilor orizontale de conduct , sec iunile A, si A2 sunt constante, dar A1 diferit de A2.

3.3 Clasificarea pompelorPompele sunt ma ini care realizeaz cre terea presiunii statice a fluidelor n scopul mi c rii lui dintr-un loc n altul.

2 21 2

2

v2

t2

~4~

Prin pompare se n elege opera ia de ridicare a energiei totale a unui fluid, cu ajutorul unei ma ini, n scopul transport rii lui. n acest scop, n pomp se transform energia mecanic de antrenare a pompei n energie hidraulic . Caracteristicile pompei folosesc la analiza func ion rii unei pompe, la alegerea regimurilor optime i la alegerea tipului de pomp care va satisface cel mai bine cerin ele impuse. Caracteristica absolut a unei pompe volumice exprim leg tura dintre debitul Q, puterea P, randamentul L i presiunea de refulare p la o tura ie constant .

POMPE

Cu element fluid motor folosind energie potential:-pompe sifon -pompe montejus -pompe gaz-lift folosind energia cinetica:-pompe ejector -pompe injector Cu element solid motor roto-dinamice:-pompe centrifuge:-radiale -axial-radiale -pompe elicoidale -pompe perifiale volumice:-alternative:-pompe cu piston:-disc -plunjer -pompe cu pistonase -rotative:-pompe cu angrenaje:-roti dintate -melcate -suruburi -pompe cu pistoane profilate -pompe cu palete culisante -pompe cu clapeta raclor -pompe cu clapete flexibile -pompe peristaltice -pompe cu inel de lichid -pompe cu canal lateral alte tipuri:-pompe electromagnetice -pompe inertial:-cu soc hidraulic -cu element vibrator -pompe cu banda aderenta -pompe elevatoare:-cu cupe -cu palete spirale -cu discuri

Pentru vehicularea lichidelor din industria alimentara se folosesc urmatoarele tipuri de pompe: A.Pompe centrifugale Aici cresterea energiei lichidului se datoreaza actiunii fortelor centrifuge ca apar la rotirea unui rotor in contact cu lichidul pe care il antreneaz in mi carea de rota ie. Rotorul poate fi radial sau diagonal ,iar carcasa poate fi spiral sau cu aparat direct.

~5~

Pentru producerea fortei centrifuge,rotorul pompei este rotit cu o turatie mare,se ordinal 750-5000 [rot/min].Daca pompa este plina cu lichid acesta este antrenat in miscarea de rotatie prin intermediul paletelor rotorului. Cel mai mare dezavantaj al pompelor centrifuge este acela ca nu pot fi puse in functiune cand nu sunt pline cu lichid,deoarece aerul,avand o masa redusa,nu pot fi puse in miscare de forta centrifuga a pompei.Nu se poate deci amorsa aspiratia lichidului. Inaltimea maxima de aspiratie la pompele centrifuge este limitata de pericol de cavitatie,adica de formarea de vapori,cand presiunea la aspiratie este mai mica decat presiunea de vaporizare a lichidului.Inaltimea maxima de aspiratie la pompele mari este de 6-7 m si la cele mici de 4-5 m. Inalimea de refulare a unui rotor de pompa centrifuga este de 100-125 m,fiind limitata de rezistenta paletelor lui.In cazul cand este necesara o presiune de refulare mai mare,se monteaza pe axul pompei,doua sau mai multe rotoare,lichidul trecand in serie dintr-unul in altul ridicandu-si de fiecare data presiunea cu 100-125 m. Se spune ca pompa are mai multe etaje,numarul de etaje fiind egal cu numarul de rotoare montate pe ax.

B.Pompe axiale Aici cre terea energiei lichidului se datoreaz for elor hidrodinamice generate de rotirea rotorului,care creeaz o diferen a de presiune intre fe ele paletei. C.Pompe cu canal lateral Aici cre terea energiei lichidului se datoreaz diferen ei de presiune intre zona de aspira ie si refulare prin varia ia volumului dintre bra ele radiale ale rotorului si suprafa a libera interioar a unui inel aflat in interiorul carcasei .

~6~

D.Pompe cu fluid motor Pompele cu fluid motor sunt lipsite de elemente solide n mi care, n care transportul lichidelor se face fie sub presiunea aerului fie folosind energie cinetic a unui fluid motor, abur, ap sub presiune sau aer comprimat. Aici cresterea energiei fluidului energiei fluidului motor are loc prin: efect de jet creat la scurgerea fluiduluimotor printr-un ajutaj amplasat intr-un difuzor ,obtinandu-se la refulare un amestec intre agentul motor i fluidul pompat ; barbotarea unui gaz in lichidul de pompat ,formand un amestec cu dnsitate mai mic si aplicand principiul vaselor comunicante. E.POMPE SIFON Pompe sifon sunt folosite pentru transvazarea unor cantit i mici de lichid dintre dou vase. n principiu, sifonul este un tub n form literei U care, pentru a fi pus n func iune, trebuie amorsat, adic umplut cu lichid. Sifonul este plin cu lichid si se cufunda cu un brat al tubului sau in rezervor,iar lichidul curge sub actiunea fortei gravitatiei prin celalalt brat.In felul acesta se creeaza in tubul sifonului o depresiune si lichidul din rezervor,fiind la presiune atmosferica,va intra continuu in tub si va curge in rezervor.Amorsarea sifonului se poate face manual sau cu anumite dispositive.Debitul sifonului este determinat de viteza lichidului.

a).pompa sifon obisnuit;b).pompa sifon cu amorsare;

~7~

F.POMPE GAZ-LIFT SAU MAMMUT Pompe gaz-lift pot fi folosite pentru transportul lichidelor curate sau cu suspensii, cu ajutorul aerului sau aburului sub presiune cu care se amestec . Se folosesc pentru transportul n ap a sfeclei de zah r, cartofilor sau fructelor, dar i pentru evacuarea apelor reziduale cu suspensii provenite din diverse procese tehnologice alimentare.

G.POMPE CU MEMBRAN Pompele cu membran sunt pompe volumice cu mi care alternativ la care locul pistonului este preluat de o membran flexibil . Varia ia volumului din corpul pompei n vederea aspira iei i reful rii se realizeaz prin ncovoierea unei diafragme elastice. Pompe cu membran (diafragm ) i-au g sit aplica ii n diferite domenii. Aceste pompe sunt utilizate pentru transportul lichidelor cu con inut mare de suspensii sau a celor corosive n industria alimentar , n instala iile de alimentare cu combustibil ale motoarelor cu carburator pentru autovehicule, n hidrotehnic , la apele cu n mol, la epuizmente din gropile de funda ii de construc ii, n industria c rbunelui la nnobilarea c rbunelui etc. In general, pompa cu membran , fiind foarte simpl , d rezultate bune acolo unde nu se cer n l imi mari de refulare. Construc ia ei permite autoreglarea debitului refulat dup rezisten a opus de sectorul de refulare. Sunt mai multe solu ii constructive impuse de caracteristicile necesare i de

~8~

domeniul de utilizare, form , dimensiuni, materiale. Camerele de aspira ie i de refulare pot fi de aceea i parte a membranei sau de o parte i de alta a membranei.

Pompe cu membran

(a) schema func ional manivel biel 1-racord de admisie; 2-supapa de aspira ie; 3-supapa de refulare; 4-racorde d refulare; 5-corpul pompei; 6- membran ; 7-tij ; 8-culisor; 9-biel ; 10-manivel

pompei cu membran

ac ionat

direct cu ajutorul mecanismului

~9~

H.Pompe cu roti dintate cu angrenare exterioara Pompele cu roti dintate cu angrenare exterioara sunt cele mai raspandite pompe cu roti dintate.Din categoria acestor pompe cele mai raspandite sunt cele cu dinti drepti.La aceasta turatie debitul este constant la o turatie data pentru o gama larga de presiuni,caracteristica de lucru este suficient de slabita,iar constructia nu este complicate.Pompele cu roti dintate sunt compacte,sigure in exploatare si au o greutate specifica mica. Pompele cu roti dintate cu dinti inclinati,desi prezinta o serie de avantaje cum ar fi micsorarea zgomotului,micsorarea uzurii,un grad de acoperire al angrenarii,nu sunt larg raspandite.Datorita unghiurilor mici de inclinare 4-7,pentru a nu rezulta eforturi axiale mari,aceste avantaje sunt neglijabile. La pompele cu dinti in V,unghiul de angrenare atinge valori de pana la 20 ceea ce permite sa se realizeze mai bine avantajul inclinarii dintilor.Pompele cu dinti in V se utilizeaza avantajos la debite mari 3000-5000 l/min,si lichide cu vascozitate ridicata,pana la 300E. In industria alimentara pompele cu roti dintate din se folosesc zaharului la si pomparea produselor lichidelor:bere,sucuri,siropuri de fructe,siropuri industria

zaharoase,siropuri de glucoza,unt de cacao,masa de ciocolata,in industria uleiurilor,etc.

I.Pompe cu pistoane profilate Pompele cu cilindrii rotitori sunt pompe volumice rotative prevazute cu doi arbori ce sunt formati din doua corpuri cilindrice tangente pe linia de contact si care se rotesc in sensuri contrare. Procesul de pompare are loc ca urmare a variatiei volumului inchis de cilindrii rotitori cu suprafata rotitoare a carcasei.Aceasta pompa nu are supape si nici camera pneumatica.Ele se utilizeaza pentru transportul lichidelor cu vascozitate ridicata,in industria laptelui,a berii,etc.,dar se utilizeaza si ca pompe de vid sau compresoare.

~ 10 ~

J.Pompe cu palete culisante Pompa cu palete culisante este o pompa volumica frecvent utilizata in industria alimentara,in domeniul constructiilor de masini sau in diverse instalatii hidraulice.Debitul acestor pompe este proportional cu suprafata efectiva de lucru a paletelor si cu turatia pompei. Pompa este formata dintr-o carcasa,in interiorul careia se roteste rotorul.Rotorul este prevazut cu un numar de canale radiale,in care culiseaza paletele.Rotorul este montat excentric in carcasa,astfel incat axa carcasei sa se afle la distant fata de axa rotorului. Pompa cu piston rotativ si clapeta raclor Pompa cu piston rotativ si clapeta raclor se utilizeaza pentru produse vascoase care au tendinta de a adera la suprafata pistonului. Pompa cu palete flexibile Pompele cu palete flexibile sunt relativ simple din punct de vedere constructiv.Datorita elementelor component dimensiunile realizabile sunt limitate.Presiunile de refulare sunt de pana la aproximativ 8[bar],frecvent pana la 4[bar],si debitele pana la 20[l/min]. Pentru lichide cu vascozitate mica,turatia de lucru poate ajunge si la 5000[rot/min].Deoarece randamentul scade mult cu cresterea vascozitatii,aceste pompe nu sunt indicate pentru pomparea lichidelor vascoase. Pompa peristaltica Pompa peristaltica este o pompa de vehicular a lichidelor cu presiune de refulare mica,la debite mici.Avantajul specific pompelor peristaltice este acela ca lichidul pompat este in contact numai cu interiorul unui tub de material plastic sau cauciuc,pe toata durata procesului de pompare.Din acest motiv aceste pompe se folosesc pentru pomparea lichidelor corrosive,produse chimice etc.sau lichide care nu trebuie sa fie contaminate. Pomparea are loc prin deplasarea spre refulare a volumelor de lichid preluate din zona de aspiratie de intervalul de tub cuprins intre doua strangulari successive ale tubului.Strangularea tubului flexibil se realizeaza pe suprafata pe suprafata interioara a carcasei,prin apasare de catre rolele situate la periferia a doua-trei brate ale unui rotor antrenat intr-o miscare de rotatie. Pompa cu inel de lichid

~ 11 ~

Pompa cu inel de lichid este destinata pentru crearea vidului necesar in diversele procese tehnologice,prin urmare poate fi folosita si ca si compressor de aer. Pompele si compresoarele cu inel de lichid sunt larg raspandite in industria chimica,industria alimentara,in instalatiile de concentrare din industria laptelui,conservelor,industria zaharului etc.,de asemenea pompele de vid cu inel lichid se folosesc in intreprinderi poligrafice etc. Avantajele folosirii pompelor cu inel lichid sunt: -obtinerea aerului comprimat curat,fara sa contina urme de ulei; -comprimarea gazelor fara ridicarea importanta a temperaturii; -transportarea fluidelor agresive; -evacuarea gazelor din conducte,aparate,rezervoare etc.; -nu comporta mecanisme special de distributie; -dimensiuni mici in comparative cu pompele cu piston,deci greutate redusa si gabarit redus; -din punct de vedere hidraulic si mecanic nu sunt influentate de lichidul antrenat de aer,iar coroziunea se poate evita prin folosirea materialelor special; -consum mic de lubrifianti,pompa este prevazuta cu lagare pe rulmenti;

Pompe volumiceAici cresterea energiei lichidului se datoreaz modific rii periodice a volumului unui spa iu sub ac iunea unui organ de lucru. La cre terea volumului ,depresiunea format favorizeaz aspira ia ,iar reducerea volumului suprapresiunea formata favorizeaz refularea. La pompele volumice rotative ,organele de lucru sunt ro i din ate cu angrenare exterioara sau interioara, pistoane profilate cu una sau mai multe aripi,palete elastice,culisante sau rabatabile, urub excentric ,role la pompele peristaltice. Avantajele pompelor volumice: se autoamorseaz pot transporta lichide ce con in vapori i gaze au durat de func ionare mare Dezavantajele pompelor volumice: sunt grele sunt voluminoase

~ 12 ~

dau pulsa ii motopompele nu pot func iona cu orificiul de refulare nchis (1)

Pompe cu pistonStructura unei pompe cu piston este similara cu a unui motor. Etan area se face de obicei cu garnituri de cauciuc, a c ror stare de uzur trebuie supravegheat permanent. Pompele cu piston func ioneaze de obicei dupa sistemul biel prezentat in pistonul indepline te rolul de ghidare a bielei n cilindru. (3) Pompa cu piston realizeaza pomparea lichidului prin miscare rectilinie alternativa a pistonului in cilindrul pompei,in timp ce,succesiv si sincronizat,se inchid si se deschid supapele de aspiratie si respectiv de refulare pentru a permite accesul lichidului in pompa,respectiv iesirea lichidului din pompa. Antrenarea pistonului se poate realiza cu motor electric,cu motor cu ardere interna cu motor cu abur,manuala,etc. manivel , cum e

Schema pompei cu piston ac ionat prin mecanism biel -manivel Fa de pompele centrifuge, pompa cu piston prezint urm toarele avantaje: Poate asigura o presiune de refulare orict de mare (sute de atmosfere); Presiunea de refulare nu depinde de viteza pistonului, de aceea se poate p stra o Este autoamorsat , nefiind nevoie de umplerea prealabil cu lichid a pompei i a

presiune de refulare constant la diverse debite; conductei de aspira ie;

~ 13 ~

Are un randament hidraulic ridicat, datorit pierderilor hidraulice mici. Debit limitat, din cauza modului de mi care a pistonului, care nu permite folosirea Construc ie mai complicat (supape, pistoane), care necesit o deservire calificat Debit pulsatoriu, care necesit solu ii constructive mai complicate, pentru

Ca dezavantaje ale pompelor cu piston se men ioneaz : vitezelor mari; n exploatare; uniformizarea lui. Pompa cu piston este o ma in hidraulic n care fluidului i se m re te energia specific datorit mi c rii rectilinii alternative a pistonului ntr-un cilindru. Sincronizat i succesiv cu deplasarea pistonului are loc deschiderea i nchiderea supapelor de aspirare i refulare, care permit deplasarea fluidului prin pomp . Dup modul de func ionare a pompelor cu piston pot fi cu simplu efect, cu dublu efect i diferen iate. Pompa cu simplu efect are o singur fa a pistonului activ , deci unui ciclu complet i corespunde o singur pompare. Ciclului complet al unei pompe cu dublu efect i corespunde dou pomp ri, deoarece ambele fe e ale pistonului sunt active. Pompa diferen ial ocup un loc intermediar, unui ciclu complet corespunzndu-i o aspirare i dou reful ri. n func ie de pozi ia cilindrilor, pompele cu piston pot fi orizontale i verticale. Mai pot fi clasificate dup construc ia pistonului n pompe cu piston disc i pompe cu piston plunger, n func ie de presiune, natura fluidului pompat. Caracteristici ale pompelor pentru transportul fluidelor In industria alimetar pompele reprezinta utilaje auxiliare de mare importan execuatarea urmatoarelor operatii: y Ridicarea fluidului de la o inaltime mai ridicat. y Ridicarea presiunii fluidului de la la ; de exemplu transportul lichidelor sau a gazelor sub presiune la filtrare. la nal imea ; de exemplu ,transportul unui lichid dintr-un rezervor in altul amplasat la un nivel care se folosesc la

~ 14 ~

y

Marirea vitezei unei mase de fluid de la

la

; de exemplu alimetarea unor

aparate tehnologice intr-un timp determinat. y Pompele sunt ma ini hidraulice care transform energia mecanic a motorului n energie a lichidului care se pompeaz m rindu-i-se presiunea. Pentru deplasarea unui lichid printr-o conduct sau utilaj este necesar asigurarea unei diferen e de presiune la capetele conductei sau ntre punctual de intrare i cel de ie ire a fluidului din utilaj. Pompele sunt utilaje care m resc presiunea fluidului, prin utilizarea unei p r i din energia mecanic exterioar consumat de pomp . Pompele trebuie s fie ermetice, pentru a prentmpina p trunderea aerului n lichidul pompat i s se asigure un debit uniform, n special la filtrare. Ele trebuie s aib un randament nalt, mas i dimensiuni mici, productivitate bun i presiune corespunz toare. Pompele nu trebuie s reprezinte un pericol pentru personalul de deservire, dar trebuie s se repare u or, s fie simple n exploatare, montare, s fie dirijate automat i de la distan . Pompele realizeaz nu numai transportul, ci i amestecul, atunci cnd este necesar. Atunci cnd pompele sunt folosite pentru transportul fluxului de lichid, ele asigur transportarea propriu-zis a lichidului prin conducte, m rindu-I energia, astfel nct s permit ridicarea sa de la un nivel h1 spre un nivel h2 i presiunea lor de la p1 la p2. Pentru a cre te, presiunea trebuie s nving rezisten a frec rii i a obstacolelor, iar fluxul trebuie s aib la alimentare viteze mai mari dect n cazurile obi nuite, pentru a reduce durata de alimentare a aparatului. Productivitatea Q ( m 3 /s) este determinat de volumul de lichid pompat ntr-o unitate de timp. Presiunea creat de pomp se compune din n l imea geometric de ridicare a lichidului Hr, nvingerea diferen elor de presiuni la capetele conductelor p1 i p2 i rezisten ele hidraulice n conductele i aparatele prin care curge lichidul:

h

H=Hrunde:

p1 p 2 h, Vg

este densitatea lichidului, kg/ m 3 ; Hr este n l imea geometric de ridicare a lichidului

egal cu suma n l imilor de aspirare i pompare, m; g este accelera ia c derii libere. Puterea (kW) consumat de pomp depinde de productivitatea pompei, m rimea fluxului i densitatea transportoare:

~ 15 ~

N=

QgVH , 1000Leste randamentul mechanic. innd seama de eventualele supranc rc ri,

unde: Q este productivitatea pompei, m 3 /s ;

Puterea motorului electric se stabile te introducnd coeficientul : Nm.e=N

Debitul pompei reprezint cantitatea de fluid transportat de pomp n unitatea de timp. Cantitatea poate fi exprimat prin masa sau volumul de fluid, ceea ce corespunde unui debit masic, respective unui debit volumic. n cazul pompelor se deosebe te un debit real i unul teoretic. Raportul dintre debitul volumic real i cel teoretic define te randamentul volumic al pompei:

v=

Mv Mvt

n l imea maxim de aspira ie este n func ie de n l mea la care se poate monta racordul de aspira ie al pompei fa de nivelul lichidului. Dac se monteaz pompa la o distan mai mare (pe vertical ) dect n l imea maxim de aspira ie, atunci func ionarea ei nu mai este posibil . Valoarea maxim a n l imii de aspira ie se determin aplicnd ecua ia lui Bernoulli: ntre punctual 1 situat la suprafa a lichidului care urmeaz a fi asiprat i punctual 2 situat la intrarea n pomp . Diferen a h1-h2 reprezint chiar n l imea de aspira ie Ha. Alte caracteristici sunt: viteza W care la suprafa a lichidului este nul ; energia specific Eh este de asemenea nul ; p1 presiunea n spa iul de aspira ie; p2 presiunea la intrarea n pomp .Avnd n vedere aceste considera ii ab inem: 1 VW 2 E p ! 0 [ N / m 2 ] 2

VgH a ( p1 p 2 )

~ 16 ~

Dac se mparte ecua ia la g se poate calcula n l imea maxim de aspira ie Ha:

H a (max) !

p1 p 2 W 2 E p [m] Vg Vg 2 g Vg

n l imea manometric . Distan a m surat pe vertical H2, ntre pompa i nivelul pn la care impinge lichidul se nume te n l imea de refulare i se noteaz cu Hr. Distan a ntre nivelul de aspira ie i cel i cel de refulare este n l imea geometric Hg=Ha+Hr i reprezint presiunea static a lichidului. Se scrie ecua ia lui Bernoulli sub forma:

Eh p3 p1 W32 W12 E p ! (h3 h1 ) H! Vg Vg 2g VgSe observ c to i termenii au dimensiuni liniare. Raportul dintre energia specific Eh i greutatea specific se nume te n l imea manometric n l imea geometric i se noteaz cu H. Ea cuprinde pe lngp 3 p1 necesar Vg

de pompare Hg, n l imea H p !

ridic rii presiunii

lichidului, n l imea H d !

W32 W12 , necesar cre terii energiei cinetice, precum i n l imea 2g Ep Vg.

necesar pentru a nvinge frecarea H f !

n l imea manometric H se m soar n metri ai coloanei de lichid pompat i este ntotdeauna mai mare dect n l imea geometric .(6) Schema de pompare a lichidelor cu ajutorul unei pompe este prezentat n Figura 1.1. Sunt reprezentate schematic cilindrul, pistonul i camera supapelor de aspira ie i refulare a unei pompe. Pompa este legat prin conducta de aspira ie cu rezervorul din care aspir lichid i prin conducta de refulare de rezervorul n care refuleaz . Se folosesc nota iile: D diametrul pistonului, n m; F aria pistonului, n m2; S cursa pistonului (drumul parcurs de piston ntre cele dou pozi ii extreme), n m;

~ 17 ~

P0 presiunea la suprafa a lichidului aspirat, n kgf/m2; greutatea specific a lichidului, n kgf/m3;

~ 18 ~

Schema procesului de pompare

~ 19 ~

Alegerea pompelor Alegerea pompelor comport rezolvarea c torva probleme. Stabilirea tipului de pomp se face in func ie de natura lichidului transportat. Natura lichidului pompat determin ,de asemenea ,materialul de construc ie a reperelor care vin in contact cu acestea . Stabilirea domeniului de lucru Principalii parametrii de lucru sunt debitul Q i inal imea de refulare H. Ace tia trebuie sa corespund cu caracteristicile instalatiei sau utilajelor deservite de pomp ,de accea este necesar vascozitate. cunoa terea valorilor maxime i minime ale acestor parametrii. Domeniile de utilizare a pompelor depind de corelatia debit-naltime i debit-

Pompa cu piston cu simplu efectPompa cu piston cu simplu efect este format din: camera (cilindrul) de pompare pistonul canalele de aspira ie i de evacuare supapele de aspira ie i de evacuare sistemul de ac ionare Pompele cu piston sunt ac ionate de un cilindru cu abur, de un motor electric cu reductor de vitez sau de o roat de transmisie cu curea. Aspira ia i refularea lichidului n pompa cu piston cu simplu efect are loc la mi carea dute vino a pistonului 1 n cilindrul 2 al pompei. La deplasarea pistonului spre dreapta n spa iul dintre capacul 3 al cilindrului i piston se formeaz vacuum. Diferen a de presiune ntre cilindru i recipient face ca lichidul s se ridice prin conducta de aspirare i s ajung n cilindru, prin supapa de aspirare 4 care se deschide n acest moment, la cursa pistonului n dreapta. Supapa de refulare 5 este nchis , deoarece asupra ei ac ioneaz for a de greutate a lichidului, care se afl n eava de aspira ie. La mi carea pistonului spre stnga, n cilindru apare presiunea sub ac iunea c reia se nchide supapa 4 i se deschide supapa 5.

~ 20 ~

Prin supapa de refulare lichidul ajunge n conducta de presiune i de acolo n recipientul de presiune. Astfel, aspira ia i refularea lichidului n pompele cu piston cu simplu efect au loc neuniform: aspira ia la deplasarea pistonului de la stnga spre dreapta, refularea la deplasarea invers a pistonului. Pistonul este pus n mi care de mecanismul biel manivel 6, care transform mi carea de rota ie a arborelui n mi care de du-te-vino a pistonului. Pistonul este dotat cu segmen i de etan are 7. (2)

Schema pompei cu piston cu simplu efect. Cilindrul de pompare este de obicei vertical, la pompele mici i orizontal la pompele mari. Este construit de font pn la 20 de atmosfere sau din o el turnat pentru presiuni mari. (8) Pistonul. este organul care preia for a lichidului i lucrul mecanic prestat de acesta, pentru a-l transmite mai departe la biel agentul motor. i arbore cotit. n acela i timp, pistonul trebuie s asigure etan area fa de carter a camerei de ardere, precum i evacuarea cantit ii importante de c ldur primit de

~ 21 ~

Pistonul La alegerea materialului se cere ndeplinirea urm toarelor condi ii: rezisten la solicit ri mecanice i termice (cu ocuri termice repetate); coeficient redus de schimb superficial de c ldur fa de gaze pentru a prelua o cantitate

mai mic de c ldur de la mediul din cilindru. n acela i timp se cere conductivitate termic pentru transmiterea c ldurii i o deformabilitate ct mai redus pentru a se men ine jocul dintre piston i cilindru n limite admise; greutate redus , pentru mic orarea for elor de iner ie; asigurarea unei etan ri bune ntre corpul pistonului i peretele cilindrului; alegerea unui cuplu de materiale corespunz toare pentru piston i cilindru, n scopul tehnologie de execu ie u or de realizat i pre de cost sc zut. P r ile unui piston sunt: capul, care are rolul de a prelua presiunea fluidului, de a da forma camerei de lucru (camera de ardere la motoare, respectiv spa iul v t m tor), iar la unele pistoane (la procedeul de injec ie Meurer de la motoarele Diesel) i de a vaporiza combustibilul; fusta, sau mantaua, care are rolul de a ghida pistonul n cilindru la pistoanele care nu sunt umerii, care sunt ni te bosaje care permit realizarea unei suprafe e de contact suficiente ghidate de tije cu cap de cruce; ntre piston i bol , la pistoanele care nu transmit for a prin tije cu cap de cruce;

mic or rii frec rii;

~ 22 ~

canalele pentru segmen i, care servesc ca suport i ghidaj pentru segmen ii care asigur Segmen ii pot fi de mai multe forme i dimensiuni:

etan area cilindrului. (8) 1. segmen i cu elasticitate proprie: a) segmen i de etan are care au sec iunea de obicei dreptunghiular sau trapezoidal . Forma cea mai ntlnit este cea dreptunghiular cu suprafa cilindric . Ace ti segmen i apas pe cilibdru pe toat n l imea lor. Uneori se folosesc segmen i cu muchii te ite, pentru a atenua ac iunea muchiei ascu ite de radere i eliminare a uleiului. Prin aceste forme se urm re te n mod special realizarea unei presiuni specifice mai mari asupra cilindrului, la aceea i for segmentului. b) segmen i de etan are care au forma obi nuit cu elasticitate proprie. Au o n l ime axial mai mare dect segmen ii de etan are i sunt prev zu i cu o degajare pe suprafa a cilindric a segmentului, pentru colectarea uleiului n exces i cu un num r de 6, 8, 10 sau 12 ferestre de evacuare amplasate pe periferia segmentului. c) forma capetelor deschiderii la segmen ii cu elasticitate proprie difer dup tipul motorului la care sunt folosi i segmen ii. La motoarele cu ardere intern segmen ii obi nui i se a eaz liber n canalele pistonului, astfel nct deschiderile segmen ilor succesivi s fie decalate una fa de alta. 2. segmen i cu expandoare, presiunea radial a sementului asupra cilindrului se realizeaz cu ajutorul unor elemente elastice separate, numite expandoare: a) segmen i de font , cu expandor sunt compu i dintr-un segment de font obi nuit, cu elasticitate proprie, c ruia i se adaug la montaj un expandor de o el de arc, ce se interpune n fa a interioar a segmentului i fundul canalului. b) segmen i de font cu expandoare i lamele de o el: n unele cazuri, n l imea axial a segmentului de font se mic oreaz , diferen a de n l ime, pn la l imea canalului de pe piston, completndu-se cu lamele sub iri, de 0,4 0,75mm, confec ionate din o el de arc. c) segmen i din lamele de o el, cu expandoare: fac parte segmen ii compu i exclusiv din lamele de o el. Modul de dispunere variaz de la caz la caz, dup scopul de utilizare i dup fabrica constructoare. elestic a

~ 23 ~

3. segmen i lamelari cu arcuire proprie: fac parte segmen ii compu i din lamele de o el profilate n form de farfurie, care se a eaz unele peste altele astfel nct mpingerea radial a segmentului asupra peretelui cilindrului se realizeaz prin propria arcuire e lamelelor. 4. segmen i sinteriza i. Prin folosirea segmen ilor metalo-ceramici se urm re te pe de o parte evitarea opera iei de turnare a fontei, iar pe de alt parte, realizarea unui material cu bune propriet i antifric iune. (13) n este reprezentat schematic o pomp cu piston cu simplu efect. Pistonul P execut o mi care alternativ ntre capetele de curs S1 i S2 . la mi carea pistonului din pozi ia limit S1 spre pozi ia limit S2 , n cilindru ia na tere o depresiune. Datorit acestui fapt, supapa de aspira ie A se deschide permi nd intrarea lichidului din conducta de aspira ie n cilindru. Aspira ia dureaz pe toat perioada deplas rii pistonului de la S1 la S2. n momentul n care pistonul s-a oprit n punctul limit S2 , aspira ia nceteaz , iar cilindrul este plin cu lichid. Din acest moment pistonul i inverseaz cursa, deplasndu-se de la S1 la S2. datorit presiunii create n lichid de ac iunea pistonului, supapa de aspira ie A se nchide, iar supapa de refulare R se deschide, permi nd trecerea lichidului n conducta de refulare, dup care ciclul se repet din nou. Dup cum se vede n figur , numai fa a din stnga a pistonului este activ , pentru c numai ea vine n contact direct cu lichidul. Din aceast cauz pompa se nume te cu simplu efect. La aceste tipuri de pompe, n cadrul unui ciclu au loc o singur aspira ie i o singur refulare.

~ 24 ~

Pomp cu piston cu simplu efect

~ 25 ~

4.CALCULUL POMPEI CU PISTON CU SIMPLU EFECTStudiul si proiectarea unei scheme de transport a produselor in stare lichida utilizand o pompa cu piston cu simplu efect cu un debit de 1500 l/h.

L unde: Lv randament volumic;

- sec iunea cilindrului pompei, n m2; S- cursa pistonului n m; n-num rul de curse duble pe minut (tura ia), n rotmin; Dh- diametrul cilindrului de lichid, n m;

]

-este raportul dintre cursa i diametrul pistonului;

]=1,3z1,75- pentru pompe cu ac iune direct ; -viteza medie a pistonului; u=0,2z0,6 ?msA -pentru pompe cu ac iune direct . Q=60SAn Q=SAn Se dau: Q=1500 lh= 1,5 m3h n=160 rot/min H=7 m L ] L

?mA

?m3hA; ?m3minA.

L

~ 26 ~

SD2=0.000199 Consider m D=S de unde S3=0,000199=0,199 10-3 S=0.0583 m sau S=58.3 mm

Consider m ]=1,3z1,75, din care interval alegem valoarea ]=1,525 S+D=0,1166 S=0,1166-D 0,1166-D=1,525D 0,1166=D(1+1,525) 2,525D=0,1166 D=0,046 m sau D=46 mm S=0,0701 m sau S=70,1 mm

Calculul puterii Puterea (kW) real consumat de pomp depinde de productivitatea pompei,m rimea fluxului i densitatea materiei transportate.?1A L sau L ? A ? A

unde: Q este productivitatea pompei, m3s; L-randamentul mecanic L=0,88-0,95 la pompele cu piston sc znd pn la 0,55 la unele pompe mici. Puterea motorului electric, se stabile te innd seama de eventualele supranc rc ri, introducnd coeficientul F: Pm.e.=PCF (4.8)

~ 27 ~

~ 28 ~

~ 29 ~