l9_determinarea vitezei de plutire
TRANSCRIPT
Laborator 9 PFPA
1
L9 Determinarea vitezei de plutire a seminţelor individuale sau altor produse agricole
Scopul lucrării
Separarea (curăţarea sortarea) seminţelor precum şi curăţirea altor produse de
impurităţi se efectuează icircn mod frecvent cu ajutorul curentului de aer Tot cu ajutorul
curentului de aer se efectuează adesea şi transportul seminţelor şi al altor produse folosindu-se
aşa-numitul sistem de transport pneumatic
Pentru alegerea şi reglarea corectă a vitezei curentului de aer este necesară cunoaşterea
comportării particulelor icircn curentul de aer care este caracterizată icircn primul racircnd prin viteza
lor de plutire
Deoarece seminţele cacirct şi celelalte produse agricole prelucrate cu ajutorul curentului
de aer au forme şi dimensiuni foarte variate viteza de plutire a acestora se determină
experimental cu ajutorul unei instalaţii speciale Icircn cadrul lucrării se vor determina cu ajutorul
acestei instalaţii vitezele de plutire pentru seminţele de gracircu orz porumb mazăre sau soia şi
floarea soarelui
Consideraţii teoretice
Viteza de plutire a particulei up se defineşte ca acea valoare a vitezei curentului de aer
ascendent care menţine particula icircn suspensie respectiv echilibru dinamic
Viteza de plutire poate fi determinată analitic (pentru particule ideale de formă sferică
sau sferoidă izotrope şi care ar avea o poziţie stabilă icircn curentul de aer) şi experimental
Fig 91 Determinarea vitezei de plutire
Consideracircnd o particulă materială icircntr-un curent de aer ascendent (fig91) a cărui
viteză uaer o considerăm constantă icircn toate punctele din secţiunea conductei asupra particulei
actionează următoarele forţe
mgG - greutatea particulei 2)(50 uuSCF aerarr ndash rezistenţa curentului de aer
gVF paA ndash forţa arhimedică neglijabilă icircn raport cu celelalte
icircn care m este masa particulei (kg) g ndash acceleraţia gravitaţiei (ms2) Cr ndash coeficient de
rezistenţă care depinde de forma particulei şi de starea suprafeţei ρa ndash densitatea aerului
(kgm3) S ndash aria proiecţiei conturului particulei pe un plan perpendicular pe viteza relativă a
curentului de aer (m2) u ndash viteza particulei (ms)
La echilibru viteza seminţei (u=0) este zero şi uaer reprezintă chiar viteza de plutire a
seminţei (uaer= up) Consideracircnd mişcarea unei particule materiale icircn aer şi anume căderea
acesteia sub acţiunea forţei de gravitaţie ecuaţia mişcării va putea fi scrisă astfel
Laborator 9 PFPA
2
0 FaFrGdt
dum (1)
Astfel explicitacircnd şi apoi simplificacircnd ecuaţia obţinem relaţia de calcul a vitezei de plutire
18
2
appr
p
gdCu
(2)
icircn care η este vacircscozitatea fluidului Cr este coeficientul de rezistenţă la icircnaintare care
depinde de forma particulei şi starea suprafeţei acesteia dp este diametrul particulei ρp ndash
densitatea particulei
SC
mgu
aerr
p
2 (3)
Din cele de mai sus rezultă că viteza de plutire poate fi determinată şi pe calea
măsurării vitezei staţionare de cădere a particulelor icircn aer
Icircn cazul unor particule de masă cunoscută şi care icircn curentul de aer ar menţine aceeaşi
secţiune S perpendiculară pe direcţia curentului de aer şi icircn consecinţă Cr ar rămacircne constant
viteza de plutire ar putea fi determinata cu relaţia (3)
Aceste condiţii nu pot fi icircndeplinite decacirct de particulele sferice (de exemplu seminţele
de mazăre soia) Icircntrucacirct seminţele au forme diferite şi icircn curentul de aer icircşi schimbă poziţia
(S Cr pot varia pentru particulele de formă alungită icircn limite foarte largi) viteza de plutire nu
poate fi determinată cu suficientă precizie decacirct pe cale experimentală
Pentru seminţele cu formă diferită de forma sferică cu oarecare aproximaţie se poate
determina viteza de plutire cu relaţia (3) consideracircnd 2)(abcS (4)
icircn care a ndash lungimea seminţei b ndash lăţimea seminţei c- grosimea seminţei iar pentru Cr
luacircndu-se o valoare corespunzătoare formei şi dimensiunilor particulei (Tabel 1)
Tabel 1 Coeficientul Cr icircn funcţie de Rep
Rep Cr Rep Cr Rep Cr Rep Cr
01 240 7 54 500 055 70000 05
02 120 10 41 1000 046 100000 048
05 495 20 255 2000 042 200000 042
07 365 50 15 5000 0385 400000 0084
10 265 70 127 10000 0405
20 144 100 107 20000 045
5 69 200 077 50000 049
Numărul Reynolds al particulei poate fi calculat cu relaţia
echaer
p
duRe (5)
icircn care ν este vacircscozitatea cinematică a aerului (ν = 12610-5
[m2s]) dech diametrul
echivalent definit ca valoarea diametrului sferei cu acelaşi volum ca al particulei (Vp) obţinut
cu relaţia
p
ech
Vd
6 (6)
Instalaţia de măsurare şi aparatura folosită
Pentru studiul comportării seminţelor icircn curentul de aer se foloseşte instalaţia
prezentată icircn figura 92 şi constă din ventilatorul centrifugal (1) dispozitivul de reglare a
debitului (2) conducta de alimentare cu seminţe (3) tubul transparent tronconic gradat (4)
Pentru viteze mari ale aerului viteza de plutire se poate calcula cu relaţia (Jukovschi)
Laborator 9 PFPA
3
Pentru măsurarea vitezei curentului de aer se foloseşte anemometrul multifuncţional portabil
(5) cu ajutorul căruia se determină şi alţi parametrii ai aerului precum temperatura şi
umiditatea relativă
Pentru măsurarea greutăţii particulelor şi eventual a dimensiunilor acestora se
foloseşte o balanţă de precizie şi şublere sau micrometre Icircn cazul icircn care se impune şi
determinarea volumului particulei se folosesc eprubete speciale gradate cu apă sau alt lichid
care nu trebuie să fie absorbit de particula respectivă
Fig 92 Schema instalaţiei pentru determinarea vitezei de plutire
Icircn figura 93 este prezentată schema anemometrului digital portabil mutifuncţional LM 8000
Acesta este compus din buton de pornireoprire (3-1) buton de stop (3-2) buton de reţinere
a valorilor maximeminime (3-3) buton de resetare (3-4) buton de scară temperatură (3-5)
buton de selectare a funcţiilor (3-6) senzor debit aer (3-7) senzor de temperatură (3-8)
senzor de umiditate (3-9) senzor de lumină (3-10) ecran de afişare digital (3-11)
compartiment pentru baterii (3-12) curea de transport (3-13)
Fig 93 Vedere de ansamblu şi schema anemometrul digital
Modul de lucru
1 Icircnainte de icircnceperea experienţelor se verifică icircntreaga instalaţie şi aparatura de măsură
asiguracircndu-se buna funcţionare a acestora Se observă ca robinetul de refulare a
ventilatorului să fie icircnchis
2 Se stabilesc seminţele a căror viteză de plutire va fi determinată şi se măsoară masa şi
dimensiunile acestora Icircn cazul seminţelor aceleiaşi culturi se numerotează cu cerneală
Laborator 9 PFPA
4
sau creion special fiecare sămacircnţă icircnregistracircndu-se icircn tabelul de date masa
dimensiunile şi eventual forma acestora
3 Se icircnregistrează temperatura şi umiditatea relativă a aerului
4 Se introduce sămacircnţa icircn tubul de alimentare care se icircnchide cu un buşon de cauciuc şi
se porneşte ventilatorul Icircn timp ce unul din operatori deschide progresiv vana de
refulare a ventilatorului mărind debitul şi respectiv viteza curentului de aer un altul
urmăreşte antrenarea seminţei de către curentul de aer şi ridicarea acesteia icircn tubul
tronconic Icircn momentul icircn care particula a apărut icircn tubul tronconic se manevrează
uşor deschiderea vanei de refulare pacircnă cacircnd particula se ridică la jumătatea tubului
Icircn acest moment se icircncetează deschiderea vanei de refulare şi se icircnregistrează viteza
curentului de aer cu anemometrul După un interval de 30-60 de secunde se opreşte
ventilatorul se extrage sămacircnţa şi se introduce alta repetacircndu-se operaţiile de mai sus
5 După efectuarea experimentărilor şi a măsurătorilor corespunzatoare toate datele
primare obţinute se vor icircnegistra icircn tabele
6 Se vor face observaţii asupra comportării particulelor de diferite forme icircn curentul de
aer asupra modului de aducere a particulelor icircn cacircmpul vizual de măsură
7 Se vor face aprecieri asupra preciziei determinării unor mărimi (se compară cu valorile
din literatura de specialitate din Tabelul 2) se vor analiza sursele de erori şi se vor
formula sugestii de icircmbunătăţire a lucrării
Tabel 2 Vitezele de plutire ale unor produse agricole
Produsul up [ms] Produsul up [ms]
gracircu 9 - 115 in 52
orz 85 ndash 11 mac 25 -43
porumb 125 -14 făină 81
mazăre 155 ndash 165 neghină 7 -9
soia 17 - 20 paie tocate 35 -425
Laborator 9 PFPA
5
Tabel centralizator rezultate
Produs Temp
[degC]
Umid
()
Masa
[g]
a
[mm]
b
[mm]
c
[mm]
up [ms]
up
măs
up
calc
up min up max up
med
Laborator 9 PFPA
2
0 FaFrGdt
dum (1)
Astfel explicitacircnd şi apoi simplificacircnd ecuaţia obţinem relaţia de calcul a vitezei de plutire
18
2
appr
p
gdCu
(2)
icircn care η este vacircscozitatea fluidului Cr este coeficientul de rezistenţă la icircnaintare care
depinde de forma particulei şi starea suprafeţei acesteia dp este diametrul particulei ρp ndash
densitatea particulei
SC
mgu
aerr
p
2 (3)
Din cele de mai sus rezultă că viteza de plutire poate fi determinată şi pe calea
măsurării vitezei staţionare de cădere a particulelor icircn aer
Icircn cazul unor particule de masă cunoscută şi care icircn curentul de aer ar menţine aceeaşi
secţiune S perpendiculară pe direcţia curentului de aer şi icircn consecinţă Cr ar rămacircne constant
viteza de plutire ar putea fi determinata cu relaţia (3)
Aceste condiţii nu pot fi icircndeplinite decacirct de particulele sferice (de exemplu seminţele
de mazăre soia) Icircntrucacirct seminţele au forme diferite şi icircn curentul de aer icircşi schimbă poziţia
(S Cr pot varia pentru particulele de formă alungită icircn limite foarte largi) viteza de plutire nu
poate fi determinată cu suficientă precizie decacirct pe cale experimentală
Pentru seminţele cu formă diferită de forma sferică cu oarecare aproximaţie se poate
determina viteza de plutire cu relaţia (3) consideracircnd 2)(abcS (4)
icircn care a ndash lungimea seminţei b ndash lăţimea seminţei c- grosimea seminţei iar pentru Cr
luacircndu-se o valoare corespunzătoare formei şi dimensiunilor particulei (Tabel 1)
Tabel 1 Coeficientul Cr icircn funcţie de Rep
Rep Cr Rep Cr Rep Cr Rep Cr
01 240 7 54 500 055 70000 05
02 120 10 41 1000 046 100000 048
05 495 20 255 2000 042 200000 042
07 365 50 15 5000 0385 400000 0084
10 265 70 127 10000 0405
20 144 100 107 20000 045
5 69 200 077 50000 049
Numărul Reynolds al particulei poate fi calculat cu relaţia
echaer
p
duRe (5)
icircn care ν este vacircscozitatea cinematică a aerului (ν = 12610-5
[m2s]) dech diametrul
echivalent definit ca valoarea diametrului sferei cu acelaşi volum ca al particulei (Vp) obţinut
cu relaţia
p
ech
Vd
6 (6)
Instalaţia de măsurare şi aparatura folosită
Pentru studiul comportării seminţelor icircn curentul de aer se foloseşte instalaţia
prezentată icircn figura 92 şi constă din ventilatorul centrifugal (1) dispozitivul de reglare a
debitului (2) conducta de alimentare cu seminţe (3) tubul transparent tronconic gradat (4)
Pentru viteze mari ale aerului viteza de plutire se poate calcula cu relaţia (Jukovschi)
Laborator 9 PFPA
3
Pentru măsurarea vitezei curentului de aer se foloseşte anemometrul multifuncţional portabil
(5) cu ajutorul căruia se determină şi alţi parametrii ai aerului precum temperatura şi
umiditatea relativă
Pentru măsurarea greutăţii particulelor şi eventual a dimensiunilor acestora se
foloseşte o balanţă de precizie şi şublere sau micrometre Icircn cazul icircn care se impune şi
determinarea volumului particulei se folosesc eprubete speciale gradate cu apă sau alt lichid
care nu trebuie să fie absorbit de particula respectivă
Fig 92 Schema instalaţiei pentru determinarea vitezei de plutire
Icircn figura 93 este prezentată schema anemometrului digital portabil mutifuncţional LM 8000
Acesta este compus din buton de pornireoprire (3-1) buton de stop (3-2) buton de reţinere
a valorilor maximeminime (3-3) buton de resetare (3-4) buton de scară temperatură (3-5)
buton de selectare a funcţiilor (3-6) senzor debit aer (3-7) senzor de temperatură (3-8)
senzor de umiditate (3-9) senzor de lumină (3-10) ecran de afişare digital (3-11)
compartiment pentru baterii (3-12) curea de transport (3-13)
Fig 93 Vedere de ansamblu şi schema anemometrul digital
Modul de lucru
1 Icircnainte de icircnceperea experienţelor se verifică icircntreaga instalaţie şi aparatura de măsură
asiguracircndu-se buna funcţionare a acestora Se observă ca robinetul de refulare a
ventilatorului să fie icircnchis
2 Se stabilesc seminţele a căror viteză de plutire va fi determinată şi se măsoară masa şi
dimensiunile acestora Icircn cazul seminţelor aceleiaşi culturi se numerotează cu cerneală
Laborator 9 PFPA
4
sau creion special fiecare sămacircnţă icircnregistracircndu-se icircn tabelul de date masa
dimensiunile şi eventual forma acestora
3 Se icircnregistrează temperatura şi umiditatea relativă a aerului
4 Se introduce sămacircnţa icircn tubul de alimentare care se icircnchide cu un buşon de cauciuc şi
se porneşte ventilatorul Icircn timp ce unul din operatori deschide progresiv vana de
refulare a ventilatorului mărind debitul şi respectiv viteza curentului de aer un altul
urmăreşte antrenarea seminţei de către curentul de aer şi ridicarea acesteia icircn tubul
tronconic Icircn momentul icircn care particula a apărut icircn tubul tronconic se manevrează
uşor deschiderea vanei de refulare pacircnă cacircnd particula se ridică la jumătatea tubului
Icircn acest moment se icircncetează deschiderea vanei de refulare şi se icircnregistrează viteza
curentului de aer cu anemometrul După un interval de 30-60 de secunde se opreşte
ventilatorul se extrage sămacircnţa şi se introduce alta repetacircndu-se operaţiile de mai sus
5 După efectuarea experimentărilor şi a măsurătorilor corespunzatoare toate datele
primare obţinute se vor icircnegistra icircn tabele
6 Se vor face observaţii asupra comportării particulelor de diferite forme icircn curentul de
aer asupra modului de aducere a particulelor icircn cacircmpul vizual de măsură
7 Se vor face aprecieri asupra preciziei determinării unor mărimi (se compară cu valorile
din literatura de specialitate din Tabelul 2) se vor analiza sursele de erori şi se vor
formula sugestii de icircmbunătăţire a lucrării
Tabel 2 Vitezele de plutire ale unor produse agricole
Produsul up [ms] Produsul up [ms]
gracircu 9 - 115 in 52
orz 85 ndash 11 mac 25 -43
porumb 125 -14 făină 81
mazăre 155 ndash 165 neghină 7 -9
soia 17 - 20 paie tocate 35 -425
Laborator 9 PFPA
5
Tabel centralizator rezultate
Produs Temp
[degC]
Umid
()
Masa
[g]
a
[mm]
b
[mm]
c
[mm]
up [ms]
up
măs
up
calc
up min up max up
med
Laborator 9 PFPA
3
Pentru măsurarea vitezei curentului de aer se foloseşte anemometrul multifuncţional portabil
(5) cu ajutorul căruia se determină şi alţi parametrii ai aerului precum temperatura şi
umiditatea relativă
Pentru măsurarea greutăţii particulelor şi eventual a dimensiunilor acestora se
foloseşte o balanţă de precizie şi şublere sau micrometre Icircn cazul icircn care se impune şi
determinarea volumului particulei se folosesc eprubete speciale gradate cu apă sau alt lichid
care nu trebuie să fie absorbit de particula respectivă
Fig 92 Schema instalaţiei pentru determinarea vitezei de plutire
Icircn figura 93 este prezentată schema anemometrului digital portabil mutifuncţional LM 8000
Acesta este compus din buton de pornireoprire (3-1) buton de stop (3-2) buton de reţinere
a valorilor maximeminime (3-3) buton de resetare (3-4) buton de scară temperatură (3-5)
buton de selectare a funcţiilor (3-6) senzor debit aer (3-7) senzor de temperatură (3-8)
senzor de umiditate (3-9) senzor de lumină (3-10) ecran de afişare digital (3-11)
compartiment pentru baterii (3-12) curea de transport (3-13)
Fig 93 Vedere de ansamblu şi schema anemometrul digital
Modul de lucru
1 Icircnainte de icircnceperea experienţelor se verifică icircntreaga instalaţie şi aparatura de măsură
asiguracircndu-se buna funcţionare a acestora Se observă ca robinetul de refulare a
ventilatorului să fie icircnchis
2 Se stabilesc seminţele a căror viteză de plutire va fi determinată şi se măsoară masa şi
dimensiunile acestora Icircn cazul seminţelor aceleiaşi culturi se numerotează cu cerneală
Laborator 9 PFPA
4
sau creion special fiecare sămacircnţă icircnregistracircndu-se icircn tabelul de date masa
dimensiunile şi eventual forma acestora
3 Se icircnregistrează temperatura şi umiditatea relativă a aerului
4 Se introduce sămacircnţa icircn tubul de alimentare care se icircnchide cu un buşon de cauciuc şi
se porneşte ventilatorul Icircn timp ce unul din operatori deschide progresiv vana de
refulare a ventilatorului mărind debitul şi respectiv viteza curentului de aer un altul
urmăreşte antrenarea seminţei de către curentul de aer şi ridicarea acesteia icircn tubul
tronconic Icircn momentul icircn care particula a apărut icircn tubul tronconic se manevrează
uşor deschiderea vanei de refulare pacircnă cacircnd particula se ridică la jumătatea tubului
Icircn acest moment se icircncetează deschiderea vanei de refulare şi se icircnregistrează viteza
curentului de aer cu anemometrul După un interval de 30-60 de secunde se opreşte
ventilatorul se extrage sămacircnţa şi se introduce alta repetacircndu-se operaţiile de mai sus
5 După efectuarea experimentărilor şi a măsurătorilor corespunzatoare toate datele
primare obţinute se vor icircnegistra icircn tabele
6 Se vor face observaţii asupra comportării particulelor de diferite forme icircn curentul de
aer asupra modului de aducere a particulelor icircn cacircmpul vizual de măsură
7 Se vor face aprecieri asupra preciziei determinării unor mărimi (se compară cu valorile
din literatura de specialitate din Tabelul 2) se vor analiza sursele de erori şi se vor
formula sugestii de icircmbunătăţire a lucrării
Tabel 2 Vitezele de plutire ale unor produse agricole
Produsul up [ms] Produsul up [ms]
gracircu 9 - 115 in 52
orz 85 ndash 11 mac 25 -43
porumb 125 -14 făină 81
mazăre 155 ndash 165 neghină 7 -9
soia 17 - 20 paie tocate 35 -425
Laborator 9 PFPA
5
Tabel centralizator rezultate
Produs Temp
[degC]
Umid
()
Masa
[g]
a
[mm]
b
[mm]
c
[mm]
up [ms]
up
măs
up
calc
up min up max up
med
Laborator 9 PFPA
4
sau creion special fiecare sămacircnţă icircnregistracircndu-se icircn tabelul de date masa
dimensiunile şi eventual forma acestora
3 Se icircnregistrează temperatura şi umiditatea relativă a aerului
4 Se introduce sămacircnţa icircn tubul de alimentare care se icircnchide cu un buşon de cauciuc şi
se porneşte ventilatorul Icircn timp ce unul din operatori deschide progresiv vana de
refulare a ventilatorului mărind debitul şi respectiv viteza curentului de aer un altul
urmăreşte antrenarea seminţei de către curentul de aer şi ridicarea acesteia icircn tubul
tronconic Icircn momentul icircn care particula a apărut icircn tubul tronconic se manevrează
uşor deschiderea vanei de refulare pacircnă cacircnd particula se ridică la jumătatea tubului
Icircn acest moment se icircncetează deschiderea vanei de refulare şi se icircnregistrează viteza
curentului de aer cu anemometrul După un interval de 30-60 de secunde se opreşte
ventilatorul se extrage sămacircnţa şi se introduce alta repetacircndu-se operaţiile de mai sus
5 După efectuarea experimentărilor şi a măsurătorilor corespunzatoare toate datele
primare obţinute se vor icircnegistra icircn tabele
6 Se vor face observaţii asupra comportării particulelor de diferite forme icircn curentul de
aer asupra modului de aducere a particulelor icircn cacircmpul vizual de măsură
7 Se vor face aprecieri asupra preciziei determinării unor mărimi (se compară cu valorile
din literatura de specialitate din Tabelul 2) se vor analiza sursele de erori şi se vor
formula sugestii de icircmbunătăţire a lucrării
Tabel 2 Vitezele de plutire ale unor produse agricole
Produsul up [ms] Produsul up [ms]
gracircu 9 - 115 in 52
orz 85 ndash 11 mac 25 -43
porumb 125 -14 făină 81
mazăre 155 ndash 165 neghină 7 -9
soia 17 - 20 paie tocate 35 -425
Laborator 9 PFPA
5
Tabel centralizator rezultate
Produs Temp
[degC]
Umid
()
Masa
[g]
a
[mm]
b
[mm]
c
[mm]
up [ms]
up
măs
up
calc
up min up max up
med
Laborator 9 PFPA
5
Tabel centralizator rezultate
Produs Temp
[degC]
Umid
()
Masa
[g]
a
[mm]
b
[mm]
c
[mm]
up [ms]
up
măs
up
calc
up min up max up
med