A. UTILAJE PENTRU PRELUCRAREA PIEILOR SI BLĂNURILOR Capitolul 1 BAZINE ŞI HASPELE Procesele tenologice de obţinere a pieilor şi blănurilor, necesită efectuarea unor operaţii, în care diferitele tipuri de piei sunt tratate în soluţii diverse în funcţie de condiţiile specifice de prelucrare a acestora. In vederea desfăşurării acestor operaţii se utilizează fie bazine, în care pieile se află în soluţie (flotă), fără agitarea acesteia, fie utilaje prevăzute cu dispozitive de agitare a flotei şi a pieilor, cum sunt de exemplu aşpelele, butoaiele şi alte utilaje[1]. 1.1. Bazinele Bazinele reprezintă cele mai simple utilaje de prelucrare a pieilor şi blănurilor în soluţii, fiind utilizate pentru efectuarea a diferite operaţii fizico-cimice care nu presupun o agitare a pieilor, în diferitele etape de lucru. Dezavantajele utilizării bazinelor constau din suprafaţa mare pe care o ocupă acestea, precum şi din timpul mare necesar prelucrării pieilor [1]. Construcţie şi caracteristici Bazinele pot fi construite din lemn, cărămidă sau beton armat sclivisit cu ciment sau placat cu gresie sau faianţă şi au o formă paralelipipedică (foarte rar cilindrică) de dimensiuni diferite, funcţie de destinaţie, mărimea pieilor şi coeficientul de flotă folosit. Pentru o manipulare mai lejeră a pieilor, bazinele sunt îngropate în pământ, marginile superioare fiind ieşite cu 30-50 cm deasupra solului. Dimensiunile interioare cele mai frecvente sunt: - Lungime: 1600; 000; 500; 3000; 4000; 5000 mm - Lăţime: 000; 00 mm - Adâncime: 00; 800 mm. In general bazinele sunt dispuse individual sau grupat (baterii de bazine), în vederea economisirii spaţiului. Atât în cazul dispunerii individuale cât şi în cazul bateriilor, bazinele comunică între ele prin conducte. Alimentarea cu apă sau soluţii se face pe la partea superioară, iar eliminarea acestora se realizează printr-un orificiu prevăzut cu: ventil, vană, dop cu vergea de susţinere, etc şi plasat lângă unul din pereţii laterali. In cazul utilizării ventileleor de scurgere având diametrul de 50-100 mm, acestea pot fi încise sau descise cu ajutorul unei supape în formă de disc sau sferă solidară cu o tijă metalică al cărei mâner este poziţionat deasupra bazinului (figura 1.1).[1] 7
Figura 1.1 Dispozitiv de evacuare a flotei din bazin : a) cu ventil de scurgere în formă de disc; b) cu supapă sferică. a b La evacuarea prin cădere liberă a licidului, pentru deteminarea timpului de scurgere se consideră un bazin cu secţiunea S B B umplut cu flotă pînă la înălţimea H şi prevăzut la fund cu un orificiu de scurgere de secţiune S0. Curgerea prin orificiu are loc în regim nestaţionar, cu scăderea în timp a debitului de fluid (figura 1.). Figura1. Dimensiunile bazinului Astfel, considerăm un interval de timp infinit mic dt, în care volumul de licid care se scurge din bazin este infinit mic dv.inălţimea nivelului de licid scade cu d [,3]. In intervalul de timp considerat dt, debitul este constant şi se calculează conform relaţiei(1.1) [,3]: M V = α S 0 g H (1.1) unde: - valoarea curentă a nivelului [m]; α - coeficientul de debit pentru apă (0,6-0,65); g - acceleraţia gravitaţională [m/s ]; M V = dv/dt = -S d/dt (1.) Din combinarea celor două relaţii rezultă o ecuaţie diferenţială cu variabile separabile, care se integrează direct: t S d dt = 0 S α H g 0 0 (1.3) S H t = (1.4) α So g In cazul bazinelor de pretăbăcire vegetală, circulaţia flotei dintr-un bazin în altul se realizează prin intermediul unei pompe sau prin transvazare, cînd bazinele comunică între 8
ele prin preaplinuri, circulaţia soluţiilor şi a pieilor făcându-se în acest caz de la ultimul bazin către primul (figura 1.3). Figura 1.3 Circulaţia flotei şi a pieilor In bazine pieile se află liber în soluţie sau agăţate pe drugi de lemn, cîrlige sau rame metalice. Operaţiile de încărcare-descărcare, mutare dintr-un bazin în altul se realizează manual sau mecanic cu ajutorul a diferite dispozitive. Pentru pieile aflate liber în bazinul cu soluţie (cazul pieilor mici), manipularea acestora se poate face cu: - grătare aşezate la fundul bazinului peste care pieile sunt dispuse în vrac, aceste grătare ridicându-se cu ajutorul unor vinciuri, dispuse pe marginile bazinului prin intermediul unor tije fixate pe grătar; - sistem ponton format dintr-un grătar de lemn fixat pe două vase metalice cilindrice încise ermetic, care le permite să plutească la suprafaţa soluţiei. Pe măsură ce se încarcă cu piei, grătarul se scufundă, iar la scoaterea pieilor se ridică către suprafaţă; - containere cu zăbrele de lemn sau oţel inoxidabil, care au forma bazinului. Containerul încărcat cu piei este introdus şi scos din bazin cu ajutorul podului rulant, evacuarea pieilor făcându-se prin uşa de la fundul containerului. In cazul pieilor agăţate (pieile mari) se folosesc rame de lemn sau metalice, care sunt prevăzute cu cârlige de care se agaţă pieile sau rame pe care se sprijină drugii de care sunt agăţate pieile. Transportul pieilor la şi de la bazine precum şi introducerea şi scoaterea lor se face prin intermediul podului rulant (figura 1.4). a b c Figura 1.4 Sisteme de încărcare descărcare a pieilor: a) Ramă cu cârlige: 1 piei; - cârlige; 3 ramă: 4 macara; b) Ponton de scoatere a pieilor: 1 cilindru plutitor; grătar; 3 bazin; ramă; c) Container Agitarea şi încălzirea soluţiilor din bazine se realizează în vederea intensificării proceselor umido-termice şi a omogenizării soluţiilor. Astfel se folosesc mai multe sisteme de agitare dintre care cele mai des utilizate sunt (figura 1.5): 9
1) Agitarea pneumatică, realizată cu ajutorul unor ţevi paralele care au prevăzute un număr mare de orificii prin care circulă aer comprimat. Acest sistem prezintă dezavantajul unui consum energetic mărit comparativ cu sistemul de agitare mecanic. De asemenea, la barbotarea aerului în sistem pot avea loc procese de oxidare sau alte procese nedorite; a b Figura 1.5 Sisteme de agitare şi încălzire: a) pneumatică; b) mecanică ) Agitarea cu pompe cu ajutorul cărora, soluţia din bazin este scoasă în afara lui şi apoi reintrodusă printr-un sistem de ţevi perforate aflate pe fundul bazinului; 3) Agitarea mecanică, în care se folosesc palete montate vertical pe un arbore. Pentru ca pieile suspendate să nu fie prinse de agitator, se montează un grătar de lemn deasupra paletelor agitatorului. In vederea încălzirii soluţiilor din bazine se utilizează conducte dispuse sub formă de serpentine la fundul bazinelor sau prin intermediul scimbătoarelor de căldură tubulare. La încălzirea soluţiilor din bazine se ţine seama de faptul că operaţiile tenologice au loc de obicei la temperaturi relativ joase cuprinse între 0-30 0 C; se preferă alimentarea bazinelor prin intermediul scimbătoarelor de căldură tubulare sau prin încălzire cu abur direct (în acest caz se va ţine seama de faptul că pieile nu suportă temperaturi peste 40 0 C şi că se pot înregistra pierderi de căldură în timp ceea ce poate deranja procesul sau operaţia în sine). 1.. Haşpele 1..1. Aspecte generale Haşpelele reprezintă utilaje de prelucrare a pieilor prin agitare, având formă semicilindrică şi fiind construite din lemn, beton armat, oţel inoxidabil sau fibră de sticlă, respectiv poliester. Ele sunt folosite în industria de pielărie pentru operaţiile de: înmuiere, cenuşărire, decalcificare, şi sămăluire a pieilor mici şi mijlocii precum şi la toate operaţiile umede de prelucrare a blănurilor. Construcţie şi funcţionare Haspelele sunt prevăzute la partea superioară cu agitatoare cu palete (zbaturi) confecţionate din lemn sau metal, care se pot deplasa prin glisare, putînd deservi mai multe aşpele. Agitatorul este prevăzut cu 6 palete având lăţimea de 00-300 mm şi grosimea de 50 mm, iar lungimea fiind dictată de lungimea aşpelului. Raza zbatului este în funcţie de 10
volumul bazinului. Agitatorul se montează la distanţa de 100-150 mm de peretele lateral, fiind imersat în flotă pînă la aproximativ 5% din diametrul său [1,4]. Clasificare In funcţie de modul de dispunere a lor aşpelele pot fi: semi-îngropate, fixate pe pardoseală sau suspendate (cel mai des folosite). Sunt prevăzute cu un sistem de alimentare cu apă, sistem de evacuare a soluţiilor şi cu un preaplin. In funcţie de circulaţia licidului, acestea pot fi: a) aşpele orizontale prevăzute cu agitator care se mişcă simultan cu pieile din bazin şi cu soluţia (figura 1.6). Figura 1.6 Haşpel cu circulaţie orizontală a soluţiei [4]: 1 - bazin; - zbat; 3 - paletă; 4 - ax b) aşpele verticale în care mişcarea fundului se realizează în plan vertical. Sensul de rotaţie al agitatorului precum şi mişcarea pieilor se execută conform desenului din figura 1.7.[5] In cazul aşpelelor din lemn etanşeitatea şi rezistenţa se asigură de către nişte semicercuri din bare rotunde de oţel cu secţiunea de 4x50 mm. Haşpelul este prevăzut la partea superioară cu un capac prins în balamale care se încide şi se descide prin acţionare idraulică. a 11
b c Figura 1.7 Haşpel cu circulaţie verticală a soluţie:. a, b) vedere generală; c) detaliu constructiv: 1 bazin; agitator; 3 palete; 4 ax; H înălţime; R raza interioară Incărcarea şi descărcarea pieilor se realizează manual sau mecanic pe la partea superioară a utilajului. Incărcarea mecanică se face fie cu ajutorul unor containere metalice ridicate deasupra aşpelului cu un pod rulant, fie prin intermediul unei benzi rulante. Descărcarea pieilor se realizează printr-un capac lateral, acţionat idraulic dintr-un container sub formă de grătar sub care este o rigolă de evacuare a soluţiilor reziduale către staţia de epurare a apelor. Dezavantajele utilizării aşpelelor Dificultatea mecanizării operaţiilor de încărcare şi descărcare a pieilor, suprafaţa mare de evaporare, pierderile mari de flotă, deoarece funcţionarea lor are loc la rapoarte de minim 400%, deci ciar la descărcarea parţială a pieilor se pierd cantităţi mari de flotă, constituie dezavantaje ale utilizării aşpelelor. Utilizarea aşpelelor basculante înlătură dezavantajul unei mecanizări suplimentare la descărcare a pieilor. 1... Haşpelul basculant Acesta este construit dintr-un vas de oţel inoxidabil (1) armat la exterior cu armătură metalică basculantă (). Vasul este prevăzut cu un capotaj de lemn prevăzut cu o uşă glisantă. In interiorul vasului se află zbatul (3) acţionat de un electromotor (4) (figura 1.8): Figura 1.8 Haspel basculant: 1 cuvă; agitator; 3 curea de transmisie; 4 şaibă; 5 lanţ de transmisie; 6 sector dinţat; 7 pinion melc; 8 arbore melcat; 1
Alimentarea aşpelului se realizează cu ajutorul unui vas tampon situat pe capotaj, iar evacuarea solutiilor se face pe la partea inferioară a acestuia printr-un robinet de evacuare de 100 mm. In tabelul 1.1 sunt prezentate principalele caracteristici tenice ale aşpelelor basculante tip Metalul Rosu - Cluj, iar în tabelele 1. şi 1.3 principalele caracteristici pentru diferitele tipuri de aşpele existente. In funcţie de capacitatea utilă a aşpelelor, există şi o capacitate maximă de încărcare a pieilor aşa cum se prezintă în tabelul 1.4. Tip de utilaj Tabelul 1.1. Principalele caracteristici tenice ale aşpelelor basculante [4] Dimensiuni cuvă (mm x mm) Capacitate totală (l) Capacitate utilă (I) Turaţie zbat (rot/min) Diametru zbat HM 1 000x000 5140 4800 0 1000 HM 00x900 80 7380 0 1140 Lătime Tabelul 1. Principalele caracteristici pentru diferite tipuri de aşpele [6] Lungime Adîncime Volum util (m 3 ) Incărcare piele (kg) Volum flotă (l) 140 1370 10,87 534 136 140 155 10,97 594 376 140 1830 10 3,57 714 856 440 155 1370 3,8 760 3040 440 1830 1370 4,6 90 3680 440 140 1370 5,35 1070 480 740 155 1450 4,5 900 3600 740 1830 1450 5,4 1080 430 740 140 1450 6,3 160 5040 740 440 1450 7, 1440 5760 3050 155 1600 5,6 110 4480 3050 1830 1600 6,7 1340 5360 3050 140 1600 7,8 1560 640 3050 440 1600 8,9 1780 710 3050 740 1600 10,0 000 8000 3350 155 1675 6,3 160 5040 3350 1830 1675 7,6 150 6080 3350 140 1675 7,9 1780 710 3350 440 1675 10,1 00 8080 3350 740 1675 11,3 60 9040 3350 3050 1675 1,6 50 1080 3660 155 1600 6,3 160 5040 3660 1830 1600 7,6 150 6080 3660 140 1600 8,9 1780 710 3660 440 1600 10,1 00 8080 3660 740 1600 11,3 60 9040 3660 3050 1600 1,6 50 10080 3660 3350 1600 13,8 760 11040 13
Tabelul 1.3 Principalele caracteristici ale aşpelelor [7] Tipul Capacitate (I) Diam. Lung. Uşa intrare Uşa evac. Valva aliment Putere inst. (Kw) DCB/10 1000 1500 1700 - - 76 3 DCB/15 1500 1600 1900 - - 76 4 DCB/0 000 1800 000 - - 76 4 DCB/30 3000 00 000 600 700 76 5,5 DCB/40 4000 300 300 600 700 1016 5,5 DCB/45 4500 300 400 600 700 1016 5,5 DCB/50 5000 400 500 600 700 1016 7,5 DCB/60 6000 650 500 600 700 1016 7,5 DCB/70 7000 800 800 600 700 170 7,5 DCB/85 8500 800 3000 600 700 170 7,5 DCB/100 10000 3000 3000 600 800 154 11 DCB/10 1000 3100 3500 700 800 154 11 DCB/140 14000 3300 3500 700 800 154 11 DCB/150 15000 3500 3500 700 800 154 11 DCB/160 16000 3600 3500 700 800 154 11 DCB/180 18000 3500 4000 700 800 154 15 DCB/00 0000 3800 4000 700 800 154 15 Tabelul 1.4. Capacitatea maximă de încărcare cu piei în funcţie de capacitatea utilă a aşpelului [8] Capacitate utilă (l) Incărcare maximă cu piei (Kg) 000 600 3000 900 4000 100 5000 1500 6000 1800 7000 100 8500 500 10000 3000 1500 3700 15000 4500 0000 6000 30000 8000 Raportul dintre cantitatea de piele şi volumul flotei este legat de o limită superioară, care dacă este depăşită conduce la scufundarea pieilor. De exemplu pentru cenuşărire raportul de flotă admis este de 1:4 (la 1Kg de piele corespund 4 litri de flotă). 14
1..3. Calculul aşpelului Pentru un volum dat V, raza R şi lungimea L, a agitatorului sunt: R = 3 V [m] şi L = 6r [m] (1.5) 3, 95 Turaţia agitatorului se alege între 14 5 rot/min, încât viteza periferică să fie cuprinsă între 0,75-1,4 m/s. Volumul util al vasului aşpelului corespunde relaţiei: V util = [1/r π + r (t - r - 0,08)] b (1.6) în care : t - înălţimea totală sau adâncimea [mm]; r - raza cilindrului [mm]; b - lungimea aşpelului [mm]; 0,08 - porţiunea din înălţimea neîncărcată. 1..4. Calculul puterii de regim necesare rotirii agitatorului In regim de lucru, forţa de rezistenţă a mediului faţă de mişcarea unei palete se poate determina cu relaţia (1.7): unde: v γ s P K S [Kgf] (1.7) g K - coeficient de rezistenţă care depinde de caracterul mişcării mediului provocată de corpul aflat în mişcare şi care se admite ca fiind egal cu 1,3 ; S - aria suprafeţei paletei imersată în licid [m ] ; v - viteza de mişcare a centrului de greutate a porţiunii din paletă care este imersată în soluţie [m/s]; γ S - greutatea specifică a soluţiei [kgf/m 3 ]; g - accceleraţia gravitaţională [9,81m/s ]. In figura 1.9 dacă se notează cu x porţiunea din lăţimea paletei care este scufundată în licid atunci [1]: deci: S = x l unde: x = r-/cosφ, (1.8) S = (r-/cosφ).l (1.9) unde: l - lungimea paletei [m] ; - distanţa de la centru pînă la suprafaţa licidului [m]. 15
Figura 1.9 Scema elementelor componente în timpul agitării aşpelului. Dacă se notează cu L - lăţimea paletei [m] şi cu ω, viteza ungiulară [m/s], atunci viteza de mişcare a centrului de greutate a porţiunii din paletă imersată în soluţie va fi: W = ω L OA (1.10) Deci: Inlocuind în relaţia (1.8) vom avea: r cosϕ 1 L OA = r-x/ = r- = r + cos ϕ ω w = r + cos ϕ (1.11) (1.1) K γ P = g s l r cos ϖ r + ϕ 4 cos ϕ (1.13) Pentru φ = 0 0, P = P max K γ s l ϖ P max = (r )(r + ) 8g (1.14) Deoarece agitatorul are 6 palete, pentru fiecare paletă se ţine seama de ungiul de decalaj φ 1 = φ-60 0, în timp ce momentul forţei de rezistenţă P va fi: Momentul forţei P 1 (cînd φ 1 = φ - 60 0 ) este : M Kγ s ϖ 1 = P L OA = l r r + r + cos g cosϕ 4 cosϕ ϕ (1.15) M 1 = K γ s l ϖ 16g r cos r + ( ϕ 60) cos( ϕ 60) 3 (1.16) Suma momentelor pe arborele agitatorului este: 16
M SUM Kγ s ϖ 1 = M + M1 = l r r + r + cos g cosϕ 4 cosϕ ϕ + K γ l ϖ s + r r 16g cos( 60) + cos( 60) (1.17) ϕ ϕ In vas, nivelul soluţiei se află sub arborele agitatorului la distanţă de = 0,39 m. Deoarece ungiul dintre palete este de 60 0, paleta agitatorului va intra în soluţie la o valoare a ungiului φ de: cos φ = / r = 0,39/0,66 = 0,6, pentru care ungiul φ = 53 0 10 (1.18) Pentru momentele M, M 1 şi M SUM, calculul valorilor lor se regăseşte în datele din tabelul 1.5. Din datele prezentate în tabel se poate observa că valoarea maximă a momentului sumă corespunde cu un ungi de 30 o iar valoarea minimă ungiului de 53 o 10. Tabelul 1.5 Valorile momentelor cu variaţia ungiului φ. Grd Min M Kgf M 1 Kgf M SUM Kgf 0-00 7,5 0,0 7,5 10-00 7,3 8, 35,5 0-00 6,7 0,7 47,4 30-00 5,0 5,0 50,0 40-00 0,7 6,7 47,4 50-00 8, 7,3 35,5 53-10 0,0 7,5 7,5 Valoarea momentului sumă mediu este : 7,5 + 35,5 + 47,4 + 50,0 M SUM MED = = 40, 1Kgf (1.19) 4 Cu viteza ungiulară cunoscută, ω =,09 rad s -1 şi cu valoarea anterioară calculată se poate determina puterea necesară învingerii rezistenţei opusă de fluid care va fi: N n = M SUM MED /10 [ Kw] (1.0) Dacă se admite un randament η, atunci puterea necesară agitatorului este dată de relaţia: N = N n /η [ Kw]. (1.1) Dacă se ţine seama de faptul că în bazinul aşpelului se află si piei, care sunt antrenate şi ele în mişcare de către agitator, atunci puterea instalată, calculată iniţial pe prezumţia că în cuvă s-ar afla numai soluţie, trebuie mărită de 3-4 ori. 3 17