58556963 curs ecologie

Upload: danoanta

Post on 20-Jul-2015

84 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

PARAMETRII DE STARE Starea aerului este definit de urmatorii parametri fizici: presiune, temperatura, umiditate si continut de caldura.

1. PresiuneaPresiunea aerului este presiunea exercitata la suprafata Pamantului de greutatea invelisului atmosferic. Presiunea atmosferica variaza cu altitudinea si cu temperatura. La nivelul marii si la temperatura de OoC, presiunea atmosferica exercitata asupra suprafetei libere a mercurului dintr-o cuva echilibreaza presiunea hidrostatica a unei coloane de mercur cu inaltimea de 760,, (experienta lui Toricelli). Aceasta presiune atmosferica, numita normala, a fost admisa ca unitate de masura cu denumirea de atmosfera fizica (1atm=760mmHg). Unitatea de masura mm Hg este utilizata in special in metrologie. In tehnica se foloseste ca unitate de masura pentru presiune Newtonul pe mm2 (1mm Hg = 133,322N/m2, rezulta ca presiunea atmosferica normala are valoarea B= 760x133,322 =101325N/m2105N/m2. Presiunea atmosferica scade cu altitudinea, datorita faptului ca greutatea atmosferei diminueaza pe masura ce creste inaltimea.

2. UmiditateaUmiditatea aerului este determinata de cantitatea de apa pe care o contine sub forma de vapori. Masa vaporilor de apa continuti intr-un metru cub de aer este denumita umiditate absoluta. Pentru usurinta calculelor, in tehnica conditionarii aerului se foloseste mai frecvent marimea denumita continut de umiditate, notata cu x, care este masa vaporilor de apa raportata la 1kg de aer uscat din amestec. In mod obisnuit, aerul ambiant este un aer umed nesaturat. Starea in care se gaseste aerul umed care contine cantitatea maxima de vapori invizibili se numeste saturatie. Cantitatea de vapori de apa care satureaza aerul depinde de temperatura acestuia si anume este cu atat mai mare cu ct temperatura aerului este mai ridicata. Astfel, de exemplu, aerul la 20oC se satureaza cu o masa de 14,7g vapori de apa/kg aer uscat, iar aerul la 25oC, cu o masa de vapori de 20g vapori/kg aer uscat. Raportul dintre masa vaporilor continuti intr-un metru cub de aer umed la o temperatura oarecare si masa vaporilor care satureaza aerul umed la aceeasi temperatura se numeste umiditate relativa si este criteriul cel mai larg utilizat pentru evaluarea umiditatii aerului. Deci, umiditatea relativa (exprimata in procente) este:

=

v 100[%] s

[1]

unde: - rv - umiditatea masurata; rs - umiditatea de saturatie si se defineste prin raportul dintre umiditatea absoluta a aerului intr-o stare oarecare si umiditatea absoluta a aerului saturat, la aceeasi temperatura si presiune atmosferica. 3. Temperatura

Temperatura defineste gradul de incalzire a unui corp sau mediu. In realitate, termometrul indica temperatura mercurului sau alcoolului din rezervor, dar daca se acorda masuratorii un interval de timp sificient de mare pentru ca fluidul din interior sa capete aceeasi temperatura cu cea a aerului, se admite ca valoarea masurata este temperatura aerului. Pentru a nu influenta citirea, rezervorul termometrului se protejeaza impotriva radiatiilor termice, care ar putea sa-l incalzeasca. Temperatura aerului se noteaza cu t si se masoara in sistemul international de unitati de masura in grade Kelvin (K). Pana la noi reglementari se admite masurarea temperaturii si in grade Celsius, intre cele doua schimbari existand relatia: t [K] = t [oC] + 273,16. [2]

4. EntalpiaEntalpia aerului umed este suma cantitatilor de caldura continute in aerul uscat si in vaporii de apa. Se cunosc din fizica: - caldura specifica la presiune constanta (10N/m2) a aerului uscat cpa = 1kj/kg.K si a vaporilor de apa cpv=1,84kj/kg.K; - caldura latenta de vaporizare a apei ro =2500kj/kg. Se considera un volum de aer umed in care masa aerului uscat este de 1kg, iar masa vaporilor de apa este egala cu x kg. Masa totala a volumului considerat va fi m=(1+x)kg, iar entalpia sa: I = ia+ xiv [kj/kg] La temperatura t, ia = cpat = t [kj/kg]; iv = cpvt + ro = 1,84t + 2500 [kj/kg] [3] iar I = t + x(1,84t = 2500) [kj/kg]. [4]

Aceasta este ecuatia entalpiei aerului umed care serveste la solutionarea tuturor problemelor de conditionare a aerului. RELATIILE DINTRE PARAMETRII DE STARE A AERULUI UMED Starea aerului este complet definita de urmatorii cinci parametri: temperatura aerului [oC]; umiditatea relativa a aerului, [%]; continutul de umiditate, x [kg vapori/ kg aer uscat]; entalpia, I [kj/kg aer uscat]; presiunea partiala a vaporilor de apa pv [N/m2]. Relatiile dintre umiditatea relativa si umiditatea absoluta, precum si dintre umiditatea relativa si presiunile partiale ale vaporilor de apa, sunt urmatoarele:

=

v sau = v 100[%]; s s

p p = v sau = v 100[%] ps ps

[5]

in care indicele s se refera la starea de saturatie, iar simbolul fara indice sau cel cu indicele v se refera la o stare oarecare a aerului umed. Deci, daca intr-o incapere oarecare se produc degajari de umiditate, aerul umed se va ridica spre partea superioara si daca se doreste evacuarea sa , va trebui aspirat din aceasta zona. Din ultima relatie se deduce ca:

p v = p s [ N / m

2

]

[6]

care precizeaza ca presiunea partiala a vaporilor de apa corespunzatoare unei stari oarecare a aerului umed, se poate obtine din produsul dintre umiditatea relativa a aerului si presiunea partiala a vaporilor la saturatie. NATURA SI PROPRIETATILE POLUANTILOR DIN AER Cei mai importanti poluanti ai aerului sunt urmatorii: Monoxidul de carbon (CO) - cel mai raspandit si comun poluant al aerului. Emisiile totale depasesc suma tuturor celorlalti poluanti. Este un gaz incolor, inodor, insipid si mai usor decat aerul. Se prezinta in stare gazoasa la orice temperatura mai mica de 192oC. Arde usor cu o flacara albastra-stralucitoare insa nu intretine arderea. Este putin solubil in apa. A fost identificat pe cai optice in 1949. Concentratiile maxime de CO in aer se inregistreaza in emisfera N>0,2p.p.m.; in zona ecuatorului:0,1-0,16p.p.m. Principalele surse producatoare de CO sunt: sursele umane (antropogenice); emisia de CO din ocean; arderea tufisurilor si padurilor; oxidarea hidrocarburilor nemetalice; produs direct de catre plante. Gazele de esapament ale automobilelor contin 64 -80% din totalul CO emis in atmosfera. Monoxidul de carbon (CO) este rezultatul unuia din cele trei procese chimice; combustia incompleta a compusilor de C; reactii la temperaturi inalte intre CO2 si materialele ce contin carbon; la temperaturi inalte, CO2 disociaza in CO si CO2. Combustia C are loc in urmatoarele doua trepte; 2C + O2 = 2CO ` [7] CO + 1/2O2 = CO2 [8] Prima reactie decurge de 10 ori mai repede decat a-II-a , asa incat CO este un intermediar in toate reactiile de ardere si poate apare ca produs final numai daca oxigenul este insuficient. La temperaturi inalte: CO2 + 2C = 2CO in surplus de carbon [9] (in multe instalatii industriale o parte din acest CO scapa in aer si actioneaza c0a solvent), sau se descompune conform reactiei: CO2CO + O [10] S-a constatat ca suprafata Pamantului adsoarbe aprox. 460mil.t/an.

Compusii cu sulf Originea sulfului in atmosfera - sulful este constituent foarte important al atmosferei, deoarece in aerul curat al troposferei si stratosferei majoritatea particulelor de aerosoli au la baza NH3SO4 si H2SO4. Cu exceptia sarurilor marine de S, emisia de S in atmosfera este gazoasa. Sulful exista in aer, in general, sub forma de oxizi dar si sub forme de: H2S, SO3, H2SO4 si sulfati ca saruri ale H2SO4: dimetil sulfurat, dimetil disulfurat. SO - este un gaz incolor si stabil. Reprezinta 95% din sulful datorat surselor poluante. SO3 - se prezinta sub mai multe modificatii care se deosebesc prin proprietatile fizice si cristalografice. In stare gazoasa este foarte putin asociat. Tendinta de asociere creste odata cu cresterea temperaturii. In stare lichida are o temperatura de fierbere scazuta, o presiune de vapori mare si formeaza vapori chiar la temperaturi obisnuite. H2S - este un gaz care la temperatura obisnuita are r = 1,18 si un miros neplacut. Este produs prin descompunerea materiei proteice sub actiunea bacteriilor. Se dezvolta in apa neaerata a baltilor sau a apelor poluate. Se mai gaseste in gazele naturale, in depozitele de sulf, in gaze vulcanice si izvoare sulfuroase. Compusii sulfului, cu exceptia sulfatului, sunt emisi in atmosfera in stare gazoasa. Mecanismul prin care se indeparteaza compusii cu sulf din aer pot produce precipitatii acide sau modificari ale pH-ului local. Compusii cu azot Oxizii azotului cei mai des intalniti sunt: - N2O -protoxid de azot; - NO - monoxid de azot (oxid azotos); - NO2 - dioxid de azot; - N2O3 - trioxid de azot; - N2O4 - tetraoxid de azot; - N2O5 - pentaoxid de azot. In practica se pot identifica numai N2O si NOx, (x = 1,2). La compusii anteriori se adauga si amoniacul (NH3), important poluant al atmosferei. O proprietate importanta a NH3 si a NOx este acea ca caeste gaze se transforma in aer in particule de aerosoli care contin NH4NO3 (azotat de amoniu). N2O - prezenta lui in aer a fost identificata pentru prima dat prin metode optice. Concentratia de N2O scade cu cresterea inaltimii. Este un gaz incolor, cu miros placut si gust dulceag. Protoxidul de azot existent in aer este de natura biologica. Este eliberat de sol prin procese de devitrificare bacteriana. Se indeparteaza chimic prin mai multe reactii, dintre care: N2O + h NO+ N O mare parte din N2O se intoarce in pamant. Timpul de stationare a N2O este de aprox. 20ani. N2O joaca un rol important in chimia formarii ozonului cand se descompune in NO: N2O + O* 2NO O* - oxigen activat NH3 - a fost identificat pentru prima data in precipitatiile atmosferice. Moleculele de amoniac NH4+ sunt existente in apa precipitatiilor datorita amoniacului gazos si datorita aerosolilor care contin amoniu din aer. NH3 este un gaz fara culoare, cu gust arzator si miros caracteristic. Este de doua ori mai usor decat aerul. In aerul nepoluat se gaseste aprox. 4 20g/m3.

NOx - unele proprietati ale NO determina aparitia uneor efecte asupra transmisiei luminii. NO - este un gaz incolor, mirositor si putin solubil in apa, iar NO2 - este un gaz brun cu miros caracteristic, este iritant si caustic. Provin in natura prin arderea carbunelui, si produselor petroliere. Motoarele auto degaja 90% din cantitatea totala existenta in natura. Oxizii de N sunt implicati in bugetul de ozon din stratosfera in modul urmator: NO reactioneaza cu O3 pentru a forma NO2 si O2 NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O NO + O2 Total O3 + O 2O2 Aceste reactii dovedesc ca scaderea concentratiei O3 si oxigenului atomic este proportionala cu concentratia NOx. In realitate, NOx distruge O3 la altitudini mari dar, il formeaza la joasa altitudine. Rezultatul depinde de inaltimea la care a fost injectat. Aupra bilantului de oxigen influenteaza si hidrocarburile halogenate. Astfel clorflormetanii sunt distrusi fotochimic in stratosfera prin actiunea radiatiilor solare cand elibereaza atomi de clor. CCl2F2 + h Cl . + CClF2 Astfel, aceste substante care in conditiile troposferei sunt neactive, in stratosfera dau Cl. care actioneaza asupra ozonului; Cl. + O3 ClO. + O2 ClO. + O3Cl. + 2O2 Hidrocarburile halogenate care influenteaza in stratosfera bugetul de O3 sunt: CH3Cl, CCl4, CFCl3 (monoflortriclorcarbonul), CF2Cl2 (diflordiclorcarbonul). In timp ce CH3Cl (clorura de metil) este de origine naturala, ceilalti produsi sunt rezultati din activitatile omenesti. POLUANTI PARTICULATI Definitii si clasificari ale pulberilor industriale Pulberile, sunt suspensii de particule fine in aer cu risc asupra sanatatii umane si constitue principalele noxe industriale. In tehnica, prin pulberi se inteleg materialele solide sub forma de particule cu una din dimensiuni mai mica de 20m , produse prin dezagregare totala sau macinare fina. Atmosferele cu pulberi pot contine: aerosoli, dispersoizi, ceata, condensoizi, fum, etc. aerosolii (coloizi aerieni, materiale in suspensie) sunt dispersii sau suspensii in aer sau gaze purtatoare de particule solide sau lichide suficient de fine pentru a poseda o mare stabilitate. Dimensiunile acestor particule sunt cuprinse intre 0,01 10m; praful este un dispersoid format din suspensii in faza solida. Se formeaza prin reducerea dimensiunilor materialelor solide prin: perforare, macinare, zdrobire, explozie. Se caracterizeza prin faptul ca ramane temporar in suspensie; condensoizii rezulta din condensarea gazelor si a vaporilor din atmosfera. Dimensiunile particulelor sunt mai mici de 1m. Se deosebesc de pulberi deoarece floculeaza rapid, ex: fumurile, ceata, smogul (fum rezultat din gazele de ardere si din arderea incompleta a tutunului, lemnului, carbunelui. Praful poate fi clasificat dupa numeroase criterii: dupa origine; dupa mecanismul de formare; dupa natura substantelor care intra in compozitia lui; dupa actiunea asupra materiei vii. Dupa origine pot fi: - pulberi anorganice - metalice(Zn, Pb, Mn, Fe); - minerale (SiO2 );

- sintetice(colorantii); - vegetale(lemn, in, faina, bumbac); - animale(par, lana, os); sintetice(coloranti sintetici si organici). Dupa mecanismul de formare, pulberile pot fi obtinute prin: - dezintegrare si prin condensare. Dupa actiunea asupra organismului, pulberile se clasifica in: - pulberi ce produc leziuni in plamani (plumb, vanadiu, arseniu); - pulberi iritante sau corozive (var, bicromati, arseniu); - pulberi care produc reactii alergice ca: astm, rinite, urticarie(ex: bumbac, in, canepe, plop, bicromati); - pulberi cancerigene (materialele radioactive, compusii cu clor); - pulberi anorganice netoxice (carbune, SiO2, azbest,beriliu). Intr-o atmosfera industriala pulberile pot arde cu violenta (pulb. de Al combinate cu O2), exploda, adsorbi, sedimenta, etc. - pulberi organice SURSELE DE POLUARE Clasificarea surselor de poluare este necesara inventarierii surselor, deoarece fisierul de date din inventar este structurat dupa urmatoarele categorii de surse: surse stationare de combustie; surse mobile; procese industriale. Sursele stationare de combustie cuprind instalatiile in care se ard combustibili, fie pentru incalzire, fie in legatura cu unele procese industriale. Un loc important il ocupa centralele termoelectrice. Cosurile CET-urilor sunt mai inalte decat toate celelalte cosuri industriale si ating 250-300m. Ele emit in principal SO2 datorita sulfului din combustibil, NOx dintre care NO2 -cca 60%, funingine, cenusa. Sursele mobile cuprind vehiculele rutiere, feroviare, maritime. Transportului auto i se datoresc importante emisii de CO, NOx, hidrocarburi. Se apreciaza ca cca 80%din CO este imputabil emisiei vehiculelor rutiere (97% Tokyo, 50%Paris). Motoarele cu ardere interna mai emit: plumb, hidrocarburi aromatice policiclice, produse secundare oxidante (peroxiacetonitratul sau PAN). Aviatia introduce in atmosfera o cantitate de poluanti comparabila cu transporturile auto. Un avion supersonic de mare tonaj consuma 30tpetrol/ora de zbor. Dispersia poluantilor are loc la inaltime mare si efectul poluantilor se limiteaza la zona aeroporturilor. Procesele industriale - industria chimica si petrochimica se caracterizeaza prin emisii de hidrocarburi, CO, SO2, NOx, H2S, amoniac, clor, fluor, gaze explozibile (butan, propan). In industria materialelor de constructii se emit pulberi de SO2, CO, fenol, s.a. iar in industria metalurgica se apreciaza ca pentru 1 milion de tone otel se elimina in atmosfera 350t pulberi, 200tSO2, 400tCO. EFECTELE NOCIVE ALE AGENTILOR POLUANTI Efectele nocive asupra omului Agentii poluanti din atmosfera care determina efecte nocive asupra omului sunt un complex de substante in compozitia carora intra atat particule solide cat si gaze de diferite origini. Exista si cazuri cand actiunea nociva se exercita ca urmare a impurificarii numai cu particule solide sau numai cu amestecuri de gaze. Efectele nocive ale poluarii aerului cu aerosoli netoxici

Actiunea pulberilor asupra organismului depinde de: natura pulberilor, compozitia chimica, solubilitate, concentratie, dimensiunea lor, dar si de factori fiziologici ce tin de organismul uman. Actiunea acestora este complexa; iritanta, toxica, cancerigena, alergica, etc. Din punct de vedere toxicologic aerosolii se impart in doua categorii: netoxici; toxici. Aerosolii netoxici - au importanta prin extinderea fenomenelor de poluare pe care le produc si prin proportia mare a populatiei expusa efectelor acestora. Prin prezenta particulelor solide in aparatul respirator acestea constitue corpi straini iritanti, care nu sunt tolerati de organism si determina reactia diverselor mecanisme de aparare. Aerosolii toxici - sunt mai putin raspanditi dar foarte agresivi. Actioneaza asupra organismului direct la locul de contact prin proprietatile lor chimice. Plumbul - se gaseste in corpul uman cca 200-400mg ca urmare a prezentei sale in natura. Patrunde in organism pe cale digestiva (10-20m g/zi) si 4 -10% se absoarbe in oase. Semnele de intoxicare cu Pb sunt: tuilburarile nervoase, sanguine, digestive ce apar de la 80 100mg/100ml sange.In cazuri extreme apare encefalopatia saturniana si decesul. Fluorul - actioneaza puternic asupra mucoaselor si face ca mirosul sa devina putin sensibil asa incat se respira in cantitati neobservate. Ataca puternic traheea si determina o senzatie de sufocare. Asupra pielii, fluorul produce arsuri iar ochii sunt iritati puternic. Acidul fluorhidric (HF) actioneaza iritant asupra mucoaselor, cu intepaturi si arsuri, voma, simptome cerebrale, tulburari de vedere. Este o otrava caustica mai puternica decat acidul clorhidric (HCl), introdus in stomac produce moartea. Arseniul - desi putin toxic sub forma pura, combinatiile sale oxigenate (As2O3) sunt deosebit de toxice si se folosesc la distrugerea buruienilor, rozatoarelor, conservarea pielii. BAZELE FIZICE ALE VENTILARII SI CONDITIONARII AERULUI CALITATEA AERULUI AMBIANT Tehnica ventilarii si conditionrii aerului are ca obiect crearea si mentinerea in interiorul incaperilor a unor conditii de calitate a aerului favorabile unui anumit scop. Daca incaperile sunt ocupate numai de oameni, fara procese industriale (sali de spectacole, magazine, etc.), instalatiile de ventilare si conditionare urmaresc sa creeze o calitate a aerului cat mai apropiata de cea a aerului exterior, curat. Daca in interiorul incaperilor se desfasoara procese de lucru insotite de degajari de caldura sau de substante nocive, instalatiile de ventilare au ca obiect principal mentinerea unei calitati igienico-sanitare a aerului, care sa previna imbolnavirea oamenilor. In incaperile ventilate , calitatea aerului se obtine prin tratarea, transportul si distributia unui agent care este, fie aerul exterior, fie cel antrenat din spatiile ventilate, fie un amestec. Proprietatile aerului influenteaza in mod direct fenomenele care participa la aceste procese. Cunoasterea acestor proprietati, precum si a modului de comportare a aerului in diferite procese termice si mecanice, sta la baza tehnicii ventilarii si conditionarii aerului. Calitatea aerului este data de compozitia si de conditiile sale de stare. Aerul ambiant este un amestec de aer atmosferic , pur si uscat, cu vapori de apa si cu componenti de impurificare , cum sunt: gaze si vapori ai unor substante straine, praf organic si anorganic, microorganisme. Aerul atmosferic pur si uscat are compozitia chimica indicata in tabelul 2.1. Tabelul 2.1. - Compozitia aerului pur si uscat.

Gazele componente Azot Oxigen Argon Bioxid de carbon Hidrogen Ozon Neon, heliu, cripton, xenon, radon

Concentratia procentuala in volume (%) 78,09 20,95 0,93 0,03 0,00005 0,000001 restul

O modificare in concentratia unui component, cu influenta defavorabila asupra confortului sau sanatatii oamenilor, constitue o actiune de impurificare. In natura, aerul uscat este intotdeauna amestecat cu o cantitate mai mare sau mai mica de vapori de apa. Acest amestec, denumit aer umed, este cel considerat in procesele de ventilare si conditionare. Continutul de substante straine de compozitia normala a aerului atmosferic umed determina calitatea igienico-sanitara a acestuia. Aerul isi mentine calitati igienice superioare, chiar in amestec cu substante straine de compozitia sa normala, daca concentratia acestora este nevatamatoare pentru organismul uman. In scopul asigurarii unei calitati igienico-sanitare a aerului, instalatia de ventilare nu trebuie sa elimine absolut complet substantele straine din aerul incaperilor, ci sa reduca numai concentratiile lor pana la valori admisibile pentru sanatatea oamenilor. Tinand seama de faptul ca un om, in timpul unei zile de lucru, inspira o cantitate medie de aer de 10m3 si cunoscand, pentru o substanta oarecare, doza zilnica nepericuloasa ce poate fi inhalata, concentratia limita admisibila s-a calculat din raportul acestor doua valori. Astfel, daca doza zilnica permisa este de 10mg, concentratia limita admisibila pentru substanta respectiva este:

10mg / zi 10m aer / zi3

= 1mg / m 3 aer

2.1.

Valorile concentratiilor limita admisibile, continute in normele republicane de protectie a muncii, au o importanta deosebita in tehnica ventilarii, deoarece pe baza lor se dimensioneaza instalatiile si se stabilesc caracteristicile tehnice ale aparatelor.

PRINCIPII DE CONFORT Influena mediului ambiant asupra organismului uman Mediul are asupra omului o influen hotrtoare n ceea ce privete senzaia lui de confort, condiiile de igien n care i desfoar activitatea, precum i felul cum i duce munca. Cercetrile recente au dovedit c accidentele de munc cresc la temperaturi mai coborte sau mai ridicate fa de o anumit valoare optim corespunztoare condiiilor muncii respective. Influena hotrtoare a mediului asupra omului se manifest ns n ceea ce privete senzaia de confort. Temperatura aerului i a obiectelor nconjurtoare, umiditatea i viteza de micare a aerului sunt factori determinai pentru confortul urmrit de instalaiile de condiionare a aerului. Schimbul de cldur dintre om i mediu Prin arderea alimentelor, n corpul omenesc se produce o cantitate de cldur care servete la meninerea coonstant a temperaturii interne a corpului. Valoarea acestei cantiti

de cldur depinde n mod esenial de intensitatea efortului desfurat de om i de temperatura mediului care l nconjoar. n ceea ce privete variaia cantitii de cldur produse de organism cu temperatura mediului, s-a constatat c corpul omenesc produce mai mult cldur ntr-un mediu rece dect ntr-unul cald, ca urmare a tensiunii i activitii musculare crescute de tremurat. Cantitatea de cldur pierdut de corp d senzaia de cldur sau frig, astfel: dac pierderea de cldur este mai mic dect cantitatea de cldur produs de organism, omul are senzaia de cldur i invers. Corpul omenesc pierde cldur pe dou ci i anume: cldura sensibil, prin convecie i radiaie i cldur latent, prin evaporarea apei. Factorii de mediu care influeneaz cantitatea de cldur pierdut de corp sunt: temperatura, umiditatea, viteza de micare a aerului precum i temperatura pereilor i a obiectelor nconjurtoare. La temperaturi coborte, corpul pierde mai mult cldur sensibil i mai puin cldur latent, care se limiteaz aproape numai la cea pierdut prin respiraie. La temperatura de aproximativ 20oC, cei mai muli oameni pierd cldur sensibil ntr-o astfel de msur, nct realizeaz senzaia de confort. Temperatura de confort se realizeaz atunci cnd corpul omenesc se gsete, fr nici un efort, n echilibru termic cu mediul ambiant Cu ct umiditatea relativ este mai mic, evaporarea transpiraiei de la suprafaa pielii este mai activ i ca atare, pierderea de cldur latent mai mare. Viteza curenilor de aer care scald corpul omenesc are o influen substanial att asupra pierderii de cldur sensibile ct i a celei latente. Instalaiile de ventilare i de condiionare a aerului trebuie astfel proiectate nct producerea curenilor de aer s fie mai redus n zona pardoselilor, deoarece acetia sunt mai suprtori la nivelul picioarelor. La temperatura aerului de 18oC, dac viteza aerului este mai mic de aprox. 0,075m/s, atmosfera pare nnbuitoare, mbcsit, iar la viteze ale aerului mai mari de 0,2m/s, pot avea loc cureni suprtori de aer.

METODE I APARATE PENTRU DETERMINAREA CONCENTRAIEI PULBERILOR DIN NTREPRINDERILE INDUSTRIALE 1.Analiza metodelor pentru determinarea gradului de prfuire n cadrul determinrilor pulberilor, pentru aprecierea gradului de prfuire de la locurile de munc se efectueaz urmtoarele analize: a.- Analiza gravimetric, care indic gradul de prfuire la un loc de munc, n mg/m3 aer. b.- Analiza coniometric, care indic gradul de prfuire la un loc de munc, n numr de particule /m3 aer. c.- Determinarea gradului de dispersie a pulberilor, dispersometria, punnd n eviden mrimea particulelor de pulbere, tiind c n alveolele pulmonare pot ptrunde particule mai mici de 5m i n special sub 3m. d.- Determinarea compoziiei chimice a pulberilor i a coninutului de SiO2 liber cristalin, aceasta indicnd gradul de agresivitate a pulberilor. Pentru aprecierea ct mai exact a gradului de expunere la pulberi silicogene la locul de munc, este necesar o cunoatere ct mai exact a procesului tehnologic, pentru stabilirea

momentelor de maxim i minim prfuire i ntocmirea unui plan de recoltri, astfel nct probele s fie ct mai concludente. Rezultatele controlului asupra expunerii la pulberi se vor exprima sub forma unor conioprofesiograme pe locuri de munc, care permite s se stabileasc printre altele i periodicitatea recoltrii probelor. Principiile de funcionare ale majoritii aparatelor de recoltare sunt bazate pe filtrare, sedimentare, centrifugare, barbotare, precipitare prin impact, precipitare termic sau electrostatic. 1.1. - Determinarea gravimetric a concentraiei de praf prin metoda alonjei Metoda alonjei este una dintre cele mai precise metode de determinare gravimetric a gradului de prfuire. Principiul de funcionare se bazeaz pe trecerea unui volum determinat de aer printr-un filtru de bumbac sau de sticl, aezat ntr-un tub de sticl (alonja) i determinarea cantitii de praf reinut n filtru prin cntriri fcute nainte i dup recoltare. Alonjele se spal nainte de ntrebuinare cu alcool etilic sau dac este nevoie cu amestec sulfocromic. Alonjele se usuc i apoi se introduce n fiecare alonj o rondel de plas de srm inoxidabil foarte subire, sau de teflon, pentru a preveni aspirarea unor firioare de vat din interiorul acestora. Se ncarc alonja cu vat i se aspir 2-3 min. un curent de aer curat pentru ndeprtarea particulelor mici de vat. nainte i dup recoltare alonjele vor fi aduse la greutate constant prin meninerea lor la temperatura de 105oC, rcire n exicator i cntrire imediat, repetndu-se aceste operaii pn cnd diferena celor dou cntriri este de cel mult 0,2 mg. Rezultatele cele mai bune se obin cu filtre cu vat de sticl. Recoltarea probei: nainte de recoltare elementele instalaiei se unesc ntre ele printr-un tub de cauciuc (fig. Recoltarea se face simultan pe o pereche de alonje absolut paralele cu distana dintre orificiile de aspirare mai mic de 5mm i care se monteaz direct la rheometru. Calcularea rezultatelor: din greutatea alonjei dup recoltare se se scade greutatea determinat nainte de recoltare (G1-G2). Se calculeaz volumul de aer aspirat, nmulind debitul de aspirare cu timpul de recoltare. Calcularea cantitii de praf aflat n suspensie n aer se face cu formula: G = (dx100)/n (mg/m3) unde: d - media diferenelor de greutate a celor dou alonje; n - numrul de litri de aer aspirat. Metoda gravimetric prin alonj d rezultate comparabile n timp, permind aprecierea eficienei msurilor de combatere. Totui, metoda nu permite selectarea particulelor sub 5m i nu este o metod rapid, deoarece pregtirea i recoltarea probelor necesit destul de mult timp.

1.2. Determinarea gravimetric prin metoda filtrelor nehigroscopice Principiul metodei const n reinerea prin aspirare pe filtre a unei cantiti de pulberi, cntrirea i raportarea ei la volumul de aer aspirat. Rezultatele se exprim tot n mg/m3. Exist trei feluri de filtre nehigroscopice; filtre analitice de microfibre organice; filtre de membran din esteri celulozici;

filtre din fibre de sticl. Aparate i materiale necesare pentru determinarea gravimetric: sistem de aspirare a aerului (aspirator electric, ejector cu aer comprimat, pomp aspiratoare de mn); sistem de msurare a volumului de aer aspirat (gazometru); plnie de recoltare; filtre de reinere; exicator de CCl2; balan analitic cu precizie de 0,1 - 0,05mg; trus de transport a filtrelor n teren. nainte i dup recoltare filtrele se cntresc dup pstrarea lor n exicator. Diferena de greutate exprim gravimetric pulberea recoltat care se va raporta la cantitatea de aer aspirat. Metode chimice gravimetrice pentru determinarea SiO2 Principiul comun al metodelor chimice pentru determinarea SiO2 se bazeaz pe atacul pulberii cu un anumit reactiv chimic care dizolv silicaii, lsnd neatacat SiO2. Acesta se separ prin filtrare i se determin gravimetric sau spectroscopic. 1. Metoda Blanzat i Bouche cu acid pirofosforic pentru cantiti de 10mg. Ca toate metodele gravimetrice, metoda Blanzat i Bouche se bazeaz pe separarea SiO2, tratarea lui cu acid fluorhidric i ndeprtarea lui ca tetrafluorur de siliciu. Prin diferena celor dou cntriri i raportarea ei la cantitatea de pulbere analizat se determin procentual cantitatea de SiO2. Modul de lucru este urmtorul: se cntresc pe o sticl de ceas 10mg din praful recoltat. Pentru obinerea prafului se va lua n prealabil hrtia de filtru cu materialul de recoltat i se va arde la 450oC timp de 24 ore. Se dimensioneaz praful pentru a ne plasa n limitele curbei de etalonare. Se pun ntr-un pahar Berzelius 10ml acid fosforic. Paharul se aeaz pe reoul cu pnz de azbest, iar n pahar, n stratul de acid se introduce un termometru. Se las s fiarb acidul pn la 250-260oC, cnd se transform n acid pirofosforic; se urmrete s nu mai apar bule de aer n timpul fierberii; se reduce temperatura acidului pirofosforic la 250oC i se introduce proba de 10 mg praf, meninndu-se temperatura de 25oC timp de 10 min; se scoate proba de pe reou, se rcete, se amestec cu 100 ml ap distilat i se trece ntr-un balon Erlenmayer. Suspensia se filtreaz i se trece de attea ori pn ce filtratul devine clar; se spal filtratul cu cu acid clorhidric diluat pn la eliminarea ionului fosforic. Filtratul este incinerat, calcinat i cntrit. Aceasta reprezint prima cntrire m1. Se reia creuzetul, se adaug o pictur de acid sulfuric concentrat i 2-3 ml acid fluorhidric. Se evapor la sec pe baia de nisip, se pune n cuptor i se calcineaz la 950oC timp de 25 min. Se face o nou cntrire m2. Determinarea cantitii de SiO2 se face cu formula: SiO2 = 100x(m1- m2)/M (%)

unde: m1 - greutatea precipitatului dup tratamentul cu acid pirofosforic; m2 - greutatea reziduului dup tratamentul cu acid fluorhidric i acid sulfuric; M - masa probei. Metoda N.A. Talvitie cu acid pirofosforic

Principiul metodei : att silicea, ct i silicaii, sunt solubili n acid fluorhidric, silicaii fiind solubili n diverse proporii, iar n condiii speciale i n acizi tari ca acidul ortofosforic, sulfuric, acid fluoroboric i fluorosilicic la temperatura camerei. Acidul fosforic are proprietatea de a forma compui solubili n ap cu ambii acizi silicici i acizi metalici. Prin nclzirea unui silicat mineral cu H3PO4 85% are loc fierbere violent nsoit de creterea temperaturii. La 220oC concentraia este aprox. 100%. La o nclzire ulterioar, ntre 220 i 150oC, acidul fosforic trece n acid pirofosforic i simultan se dizov silicaii minerali. Modul de lucru: proba este uscat n prealabil la 105oC. Se cntrete o prob de 0,2-0,5 g care se trateaz cu 10 ml HCl concentrat pentru extragerea compuilor uor solubili; se agit i se aeaz pe o baie de nisip pentru descompunere timp de 1 h. Se adaug 25 ml ap, se fierbe 2-3 min. i se las paharul n poziie nclinat peste noapte, pentru sedimentarea reziduului. Se decanteaz supernatantul printr-o hrtie cu band albastr. Peste reziduul din pahar se adaug 10-15 ml H3PO4 85% i se nclzete pe baia de nisip pn la 240oC dup care se continu nclzirea 12-15 min. Se rcete paharul, se adaug 5 ml acid clorhidric concentrat i 20 ml ap. Se filtreaz prin aceeai hrtie de filtru utilizat anterior i se spal filtratul cu acid clorhidric 1:9. Se pune hrtia de filtru n acelai pahar, se adaug 5 ml acid clorhidric concentrat i 35 ml ap distilat, se mrunete hrtia i se fierbe pe baie timp de 30 min. Se filtreaz din nou soluia, se spal de 5-6 ori cu HCl 1:9 i apoi cu ap pn la dispariia ionului clorur. Se transfer hrtia ntr-un creuzet i se calcineaz la 600oC, pn la greutate constant g1. Peste reziduul din creuzet se adaug 1 ml H2SO4 concentrat apoi10 ml acid fluorhidric. Se evapor pe baia de ap pn la eliminarea complet a siliciului sub form de tetrafluorur de siliciu. Se calcineazpe flacr pn la eliminarea vaporilor de trioxid de sulf i pe bec sufltor timp de 20 min. Se rcete i se cntrete, repetnd calcinarea pn la greutatea constant g2. Determinarea cantitii de SiO2: SiO2 = 100(g1-g2)/100 %

unde: g - greutatea probei de lucru; g1 - greutatea probei dup prima calcinare; g2 - greutatea probei dup a doua calcinare. Metoda este limitat n aplicare prin prezena unor minerale cum ar fi topazul, turmalina i andalusitul, ct i n cazul pulberilor foarte fine, cnd erorile sunt destul de mari. Metode spectrofotometrice pentru determinarea SiO2 Metoda spectrofotometric n infrarou - este un test de rutin foarte precis i foarte rapid. Metoda necesit cteva mg de praf pentru analiz, iar rezultatele obinute concord cu cele obinute prin difracia cu raze X. Principiul se bazeaz pe faptul c atomii moleculelor oscileaz constant n jurul poziiei de echilibru, frecvena acestor oscilaii situndu-se n domeniul radiaiilor infraroii. Studiul la spectrofotometrul n infrarou a acestor substane furnizeaz un spectru ale crui maxime de absorbie sunt caracteristice naturii lor chimice. SiO2 absoarbe n domeniul spectral cuprins ntre 2,5 i 25 m, iar pentru determinarea cantitativ a SiO2 se folosete banda maxim de absorbie de 12,5 m. Metoda n infrarou necesit o cantitate mic de prob, iar pulberea trebuie s fie foarte fin, obligatoriu < 8 m. Ea ofer o sensibilitate foarte bun, n special pentru particulele cuprinse ntre 1 i 5 m, fiind foarte potrivit pentru analiza fraciunilor alveolare de praf. Dezavantajul metodei este acela c SiO2 amorf nu interfer, deci se poate determina numai SiO2 liber cristalin, fr a diferenia separat cele trei forme cristaline.

Metoda difraciei razelor X Comparativ cu celelalte metode este considerat cea mai util n determinarea SiO2 cristalin, deoarece utilizeaz o cantitatea foarte mic de prob i este cu att mai precis, cu ct pulberile sunt mai fine. Principiul metodei prin difracia razelor X const n interaciunea fasciculului de raze X cu electronii atomilor substanei. Dup expunere i developare, filmul este nregistrat la un microfotometru. Principalele erori n analiza cantitativ a fazelor cu ajutorul razelor X se pot grupa n erori experimentale i de interpretare. Erorile experimentale se refer la alegerea radiaiei i pregtirea probelor (omogenizarea trebuie fcut cu mult atenie.). n vederea stabilirii liniilor de cuar se folosesc probe din cuar pur cristalin. Considernd vrfurile cele mai semnificative ale curbei nscrise se fixeaz trei linii de cur, iar din aria triunghiului care rezult prin unirea celor dou puncte de baz cu vrful se calculeaz procentul de SiO2. Metoda poate pune n eviden toate cele trei forme cristaline ale SiO2, benzile lor de difracie fiind situate astfel: cuar la 1,33 A, cristobalit la 4,05A i tridimit la 3,8 A. Metoda prezint dezavantajul c poate fi interferat de anumite minerale care produc benzi de difracie ce se suprapun peste linia principal a cuarului. Mineralele care pot interfera sunt diferite specii de mic ca biolitul, muscovitul, ilitul, unii feldspai, grafitul i carbura de fier.

-ASPIRATIA SI CURGEREA AERULUI Distributia aerului in incaperi Ventilarea si conditionarea aerului se realizeaza prin introducerea si distribuirea aerului curat, eventual tratat, in interiorul incaperilor si prin evacuarea aerului din aceste incaperi. Rezulta deci ca efectul de ventilare sau de conditionare a aerului urmarit depinde de caracterul miscarii aerului in spatiile servite, adica de forma si amplasarea gurilor de ventilare, de debitele de aer, vitezele, temperaturile, concentratiile si traiectoriile curentilor de aer formate de aceste guri. Efectul de ventilare sau de conditionare urmarit depinde, de asemenea, in mare masura si de felul in care miscarea aerului realizata tine seama de forma si dimensiunile incaperii servite, de elementele de constructie care o compun, de natura proceselor care se desfasoara in interior si de pozitia pe care o au oamenii fata de gurile de ventilare si fata de obiectele din incapere. In studiul miscarii aerului in interiorul incaperilor servite, se admite ca peretii acestora nu au nici o influenta asupra curentilor de aer creati de gurile de ventilare. Aerul care iese printr-un orificiu pratcticat in peretele unei conducte in suprapresiune, sau prin capatul liber al unei conducte poate fi pus in evidenta prin refularea unui aer amestecat cu fum. Formele jetului de aer refulat depind de viteza de iesire. In fig. 2.1. sunt exemplificate schematic, formele pe care le capata jeturile de aer refulate, cu diferite viteze, printr-o gura rotunda. Jetul din fig. 2.1.a este produs cu o viteza mica de iesire, are forma neregulata si schimbatoare iar distanta la care curge este redusa. Asemenea jeturi, cu miscare lenta sunt putin folosite in tehnica ventilarii. In fig. 2.1. b,c, si d

sunt reprezentate jeturi cu viteze din ce in ce mai mari. Se observa ca pe masura ce viteza de iesire a aerului creste, forma jetului devine mai regulata, mai stabila, iar distanta pe care o strabate este mai mare. Vitezele de refulare sunt limitate in practica la valori care sa evite formarea unor curenti neplacuti in zona ocupata de oameni. Structura jeturilor de aer Gurile de refulare folosite in practica au nu numai forme si dimensiuni foarte variate, dar creeaza si jeturi cu directii diferite de propagare. Astfel, gurile de refulare pot fi circulare, patrate, dreptunghiulare, fante inguste, trunchiuri de con interpatrunse etc. si pot crea jeturi axiale, care se propaga de-a lungul unei directii perpendiculare pe planul deschiderii de refulare, sau jeturi radiale, care se dezvolta dupa directii paralele cu planul deschiderii de refulare. Forma jeturilor prezinta importanta practica, deoarece determina in numeroase cazuri solutia sistemului de distribuire a aerului in spatiile ventilate. Temperatura aerului primar poate fi egala cu temperatura incaperii, in care caz, jeturile se numesc izoterme, sau poate diferi de temperatura incaperii, creand jeturi neizoterme. Un jet izoterm este definit de marimile urmatoare: lungimea sectoarelor unui jet depinde de forma si aria gurii de refulare, de viteza initiala si de dimensiunile spatiului in care se face refularea. In mod aproximativ, se admit in practica urmatoarele: lungimea sectorului initial bi = 4do; lungimea saectorului de tranzitie ltr = 8do; lungimea sectorului principal lpr = 25do100do, in care cu do s-a notat diametrul gurii de refulare rotunde. Daca gura de refulare are o forma dreptunghiulara, cu laturile ho si bo, do=(ho +bo)/2 2.2. unghiul de divergenta a al jeturilor rotunde este aproximativ egal cu 24o, indiferent de marimea gurii si de viteza de refulare. Daca in deschiderile de refulare se monteaza palete de dirijare, unghiul de divergenta al jeturilor se modifica, pana la max. 60o, cand unghiul format de paletele extreme este de 90o. Acest mijloc este folosit frecvent pentru a da jeturilor de aer o imprastiere mai mare. Aria deschiderii de refulare - se noteaza cu At si reprezinta aria totala a gurii, determinata de dimensiunile de gabarit. Daca deschiderea de refulare este acoperita cu plasa de sarma, rama cu jaluzele, placa perforata, etc., aria libera Ao prin care se face refularea este mai mica decat At. Notand cu Ra raportul subunitar dintre aria libera si aria totala, pentru gurile de refulare cu plasa sau jaluzele se scrie: Ao = At x Ra [m2] 2.3.

Fig. 2.1. Jeturi de aer refulate cu diferite viteze.

Plan de refular Sector initia

Sectiune d tranzitie Sector principa

Limita jetului

Curent primar

xo x

Curent indusi

Curent principal

Fig. 2.2. - Structura jetului de aer.

24

90

60

Fig. 2.3. - Unghiul de divergenta la gurile de refulare cu palete de dirijare. Raportul dintre sectiunea strangulata a jetului de aer si sectiunea totala a gurii de refulare se noteaza cu Cd si se numeste coeficient de debit. Acest coeficient arata cu cat este mai mic debitul real de aer care trece prin sectiunea strangulata, fata de debitul teoretic care ar trece prin sectiunea totala a gurii. Experimental s-a determinat ca coeficientul de debit Cd este egal cu 0,65 pentru guri de refulare cu margini ascutite si 0,90 pentru guri de refulare cu margini rotunjite. Aria efectiva a unei deschideri de refulare in care se formeaza vena contracta este: Ao = At x Cd [m2] 2.4. Daca o asemenea deschidere de refulare are si plasa de sarma sau jaluzele, aria efectiva devine: Ao = At x Cd x Ra [m2] 2.5. Debitul primar Do si viteza aerului in deschiderea de refulare sunt legate prin reatia; Do = Ao x vo [m3/s] 2.6. in care Ao este aria efectiva a deschiderii, iar vo viteza aerului in sectiunea efectiva a gurii (in vena contracta). Daca in relatia 2.6. se inlocuieste Ao cu expresia 2.5. se obtine: Do = At x Cd x Ra x vo [m3/s] 2.7. Produsul Cd x Ra x vo se noteaza vu vt si reprezinta viteza teoretica in gura de refulare, care s-ar stabili daca vana de aer ar ocupa intreaga deschidere (fara vena contracta si fara plase, jaluzele, etc.). Scrisa altfel, aceasta egalitate are forma: vo = vt/Cd x Ra [m/s] 2.8. Intrucat atat Cd cat si Ra au valori subunitare, se observa ca viteza in sectiunea efectiva vo este mai mare decat viteza teoretica vt. Aceasta observatie are o mare importanta practica pentru obtinerea unei distribuiri corecte a aerului in incaperi. Viteza aerului in jet - scade atat pe lungimea acestuia cat si la axa jetului catre limitele sale.

Variatia vitezei de-a lungul axei se produce diferit in fiecare sector al jetului. Petoata lungimea sectorului initial, viteza in axa jetului este in acelasi timp si viteza in miez si se mentine constanta si aproximativ egala cu vo. In sectorul de tranzitie, viteza aerului intr-un punct oarecare de pe axa jetului, situat la distanta x de planul de refulare este:

vx = vo

Kho x

2.9.

in care ho este limea jetului n seciunea efectiv (pentru gurile rotunde, ho =do). Pentru sectorul principal, relaia 2.9. are forma:

vx = voK

Ao x

2.10.

n relaiile precedente, coeficientul K este o constanta a gurii de refulare, depinznd de forma forma, construcia i viteya n gura de refulare i are valorile din tabelul 2.2. Tabelul 2.2. - Valori pentru constantele gurilor de refulare K ). Tipul gurii de refulare vo =2,5 - 5m/s vo=10-50m/s Deschideri libere: 7,0 5,7 rotunde sau ptrate 6,5 6,5 dreptunghiulare, valoarea raportu laturilor 1-25 4,8 3,9 fante inelare, axiale sau radiale. Deschideri cu jaluzele: suprafaa libera minimum 40% 5,7 4,7 Deschideri cu palete de dirijare: paralele cu direcia de curgere divergente 40o 5,5 5,5 divergente 60o divergente 90o 3,5 3,5 Panouri perforate 2,5 2,5 suprafata libera 3-50% 2,0 2,0 suprafata libera 10-20% 3,7 3,0 suprafata libera 25-40% 4,9 4,0 5,0 5,0 (coeficientul

Expresia 2.10 arat modul cum variaz viteza aerului de-a lungul axei jetului n sectorul principal i st la baza calculului jeturilor de aer. SISTEME DE VENTILARE I PURIFICARE A AERULUI Tipurile sistemelor de ventilare Pe msur ce apare sau se perfecioneaz un proces tehnologic, ventilarea nsoete realizarea acestuia. Prelucrarea i depozitarea fiecrui material nou sunt examinate

ntotdeauna i prin prisma condiiilor de mediu pe care urmeaz s le creeze instalaiile de ventilare. Creterea nivelului de trai, genernd cerine de confort din ce n ce mai mari, extinde continuu domeniul de aplicare al instalaiilor de ventilare ntr-un numr crescnd de ncperi. Spre deodebire, in alte situaii, cum ar fi slile de ncrcare a acumulatorilor sau de uscare a obiectelor vopsite cu nitrolacuri, substanele nocive degajate sunt mai grele dect aerul, cad spre pardoseal i eliminarea lor nu poate fi fcut dect prin instalaii de ventilare n care vehicularea aerului se realizeaz cu maini speciale (ventilatoare). Dup forele care determin vehicularea aerului, se deosebesc sisteme de ventilare natural i sisteme de vehiculare mecanic. Sistemele de ventilare mecanic folosesc ventilatoare pentru deplasarea aerului i dup spaiul din ncpere supus ventilrii, sunt de urmtoarele tipuri: sisteme de ventilare mecanic general, parial, local sau mixt. Sistemele de ventilare mecanic deservesc ntreaga ncpere i determin deplasarea ntregului volum de aer al acesteia. Sistemele de acest tip, se folosesc, n toate cldirile social-culturale, comerciale, administrative etc. Sistemele de ventilare mecanic parial se aplic n halele cu dimensiuni foarte mari n care se gsesc zone viciate i zone curate i deservesc numai poriunile cu degajri nocive, reliznd un tip de ventilare general a zonei viciate. Sistemele de ventilare mecanic local i concentreaz aciunea numai asupra sursei de degajare. De obicei, acest tip de instalaii funcioneaz prin aspirarea aerului din jurul sursei, antrennd n interiorul unor dispozitive substanele nocive degajate, nainte ca acestea s poat ptrunde n spaiul general al halei. Sistemele de ventilare mixt se realizeaz prin aplicarea concomitent, n aceeai ncpere, a ventilrii locale i ventilrii generale sau pariale. Dup funciunea pe care o ndeplinesc, sistemele de ventilare se clasific n sisteme de confort, igienice, tehnologice, de protecie i de avarie.

Principiile de funcionare a instalaiilor de ventilare Ventilarea se realizeaz prin deplasarea aerului. Aerul este agentul care poart substanele nocive, cldura sau umiditatea. n funcie de obiectivele urmrite, fiecare tip de instalaie de ventilare produce un anumit fel de deplasare a aerului, care i este specific. La sistemele de ventilare natural neorganizat, aerul din exterior ptrunde n ncpere, iar aerul din interior iese prin deschideri care nu au fost create special pentru o ventilare continu, ci exist n mod inerent n construcia oricrei ncperi. Aceste deschideri sunt uile, ferestrele i eventualele neetaneiti. Dac ns degajrile interioare sunt n volum mai mare i se produc n mod continuu, ventilarea natural neorganizat devine insuficient i eliminarea substanelor nocive trebuie efectuat printr-o deplasare a aerului realizat cu mijloace mecanice. Pentru a se obine eficien maxim a sistemelor de ventilare mecanic, cu cheltuieli minime de construcii-montaj i cu consum redus de energie, modul de funcionare al acestora trebuie s se conformeze urmtoarelor principii generale. 1. Degajrile nocive trebuie reduse la surs n msur maxim posibil. Prima msur care trebuie luat ntr-o ncpere cu degajari nocive nu este prevederea unei ventilri ct mai puternice ci, dimpotriv, folosirea tuturor mijloacelor posibile pentru diminuarea sau anulareanularea degajrilor, n scopul reducerii ventilrii necesare.

2. Construcia i tehnologia trebuie corelate n msur maxim posibil cunecesitile de ventilare. Este greit s se creada c orice cldire sau utilaj pot fi ventilate. O ncpere mic cu degajri de substane nocive prea mari fa de volumul ei nu va putea fi ventilat satisfctor; debitul mare de aer necesar pentru eliminarea substanelor va produce, ntr-o ncpere cu dimensiuni reduse, cureni suprtori de aer. La alegerea tipului de ventilare pentru aspirarea substanelor nocive se va da preferin sistemelor de ventilare local fa de sistemele de ventilare general. Explicaia const n faptul c ventilarea local necesit debite de aer mai mici, implic instalaii mai ieftine i consumuri reduse. Curenii de aer creai de ventilare trebuie s aib micare de acelai sens cu tendina natural de deplasare a degajrilor nocive. Pentru acelai motiv, ntr-o sal de sport cu gradene pentru public, este mai raional i mai economic s se plaseze gurile de introducere a aerului pe poriunile verticale ale gradenelor, lng picioarele scaunelor i s se efectueze evacuarea erului viciat la partea superioar a slii. Deoarece tendina natural a aerului cald i umed care rezult din prezena publicului este s se ridice ctre acoperi. ntr-o ncpere cu surse de viciere, aerul proaspt trebuie introdus n zona curat, iar aerul viciat trebuie aspirat din zona impurificat. n acest mod se asigur o splare a incperii cu aer curat i n acelai timp o presiune mai sczut n zona viciat, care se opune la rspndirea substanelor nocive n toat ncperea. Ventilarea unei ncperi trebuie s creeze n interiorul acesteia un regim de presiune convenabil. Pentru aceasta se aplic principiul sistemelor n echilibru debitul de aer evacuat dintr-o ncpere este nlocuit cu un debit egal de aer prospt adus din exterior. Ventilarea cu o instalaie de introducere este mai avantajoas, deoarece suprapresiunea care se creaz nltur posibilitatea de a se produce infiltraii; un alt avantaj al acestui sistem const n faptul c poate realiza concomitent i nclzirea cu aer calitatea a halelor. Toate sistemele de ventilare trebuie realizate astfel nct s comporte un consum minim de energie. Sistemele de ventilare mecanic consum dou feluri de energie; energie electric pentru acionarea ventilatorului i energie termic pentru nclzirea aerului proaspt introdus n ncperi. Aceste sisteme pot fi folosite numai dac aerul recirculat este destul de curat pentru a nu vicia i mai mult ncperea.

3.

4.

5.

6.

7.

SISTEME DE DESPRFUIRE Principii de funcionare. Elemente constructive Degajrile de praf pot avea loc de la surse foarte variate, cum sunt: descrcarea, manipularea i transportul materialelor pulverulente, concasarea, mcinarea i amestecarea diferitelor materiale. n afar c praful provoac diferite boli profesionale, el ptrunde ntre piesele n micare ale mainilor, contribuind la accelerarea uzurii acestora. Praful, ptrunznd ntre contactele aparaturii de pornire, comand i control, mpiedic buna funcionare, putnd provoca scurtcircuite i avarii. Pentru ca desprfuirea s fie eficace, trebuie ca degajarea de praf s se produc n interiorul unei carcase. Cnd carcasarea nu este posibil ca urmare a faptului c mpiedic buna desfurare a procesului tehnologic sau folosirea utilajului, se pot folosi dispozitive de aspiraie local seminchise sau chiar deschise, dar eficacitatea acestora este mai redus.

Carcasarea sursei de praf este soluia nu numai cea mai eficace, dar i cea mai economic; n anumite cazuri este suficient numai o bun carcas fr aspiraia aerului. Ventilarea general nu poate fi niciodat o soluie de desprfuire, deoarece particulele de praf intrate n zona de lucru sunt prea grele pentru a fi antrenate de curenii de aer care trebuie s aib vitez mic impus de normele de confort. n cele ce urmeaz se prezint cteva soluii de captare local a prafului la un numr de procese curente din industrie. Particulariti constructive Fa de instalaiile de ventilare care vehiculeaz aerul curat sau ncrcat cu gaze i vapori, la instalaia de desprfuire, sunt necesare unele msuri speciale pentru a se evita deteriorarea i nfundarea conductelor. Principalele msuri sunt: tronsoanele drepte de conduct i n special curbele se execut din tabl cu grosime mai mare pentru a reziste la efectul de eroziune produs de frecarea particulelor de pereii tubulaturii; conductele au form rotund, cu diametrul de 80mm n cazul aerului ncrcat cu praf granular i de 100mm, n cazul vehiculrii de achii, tala, pan, fibre sau alte corpuri similare; curbele trebuie s aib raz mare de curbur, egal cu cel puin 2-3 diametre; toate ramificaiile trebuie s aib un unghi de cel mult 15o ; pe poriunile drepte la distane de cel mult 5m precum i n vecintatea tururo ramificaiilor i curbelor se prevd la partea inferior guri de curire etane i uor manevrabile; mbinrile conductelor se execut cu gril deosebit pentru etaneitate, deoarece, depresiunea din interiorul conductelor, fiind deobicei mare, ptrunderile de aer fals pot fi importante; este interzis montarea oricrui dispozitiv de reglare n conducte deoarece n dreptul acestuia se produc ntotdeauna depuneri de materiale.

SEPARATOARE DE PRAF Curirea de praf a aerului vehiculat de instalaiile de desprfuire, nainte de evacuarea sa n atmosfer se realizeaz prin aparate denumite separatoare de praf. Condiiile de utilizare a acestor aparate variaz extrem de mult, n funcie de natura, forma i dimensiunile particulelor de praf, de concentraia prafului n aer, de gradul de desprfuire necesar, de considerente economice i de instalaiile auxiliare necesare. Fiecare metod de separare se bazeaz pe aciunea unei fore care scoate particulele de praf din curentul de aer care l poart. Dup natura acestor fore, separatoarele de praf se clasific astfel: camere de depunere, n care fora gravitaiei determin separarea particulelor grele dintr-un curent de aer cu vitez redus; separatoare prin inerie, n care fora de separare este constituit de ineria proprie a particulelor de praf; cicloane, n care fora de separare este dat de fora centrifug ce ia natere la introducerea tangenial a unui curent de aer ntr-un corp cilindric sau conic;

scrubere, n care la aciunea forei de separare se asociaz utilizarea unui lichid, de obicei apa, n scopul umezirii prafului sau a suprafeelor de colectare; filtre industriale n care separarea prafului la trecerea aerului printr-un mediu filtrant, este determinat de un complex de fenomene (inerie, oc, cernere, difuziune); filtre electrice, n care sarcinile electrostatice constituie centrul de separare. Camerele de depunere - sunt cele mai simple separatoare de praf. Ele se compun dintr-un compartiment etan, prevzut la un capt cu intrare pentru aerul prfuit i la cellalt capt cu ieire pentru aerul curat (fig. 13.10). Funcionarea camerelor de depunere se bazeaz pe principiul separrii particulelor de praf din aer sub efectul gravitaiei. Pentru ca aciunea acestei fore s fie ct mai mare, este necesar ca fora de antrenare a particulelor de praf n lungul camerei de depunere i deci viteza de curgere a aerului n camer s fie ct mai mic. Camerele de depunere prezint avantajul c sunt simple i c pot fi realizate practic din orice material, dar dimensiunile lor sunt n general foarte mari.

Fig. - Schema unei camere de depunere simpl. Debitul gazului care trece prin camer este: Q = V.H.l unde: Q - debitul gazului; l - limea camerei; H -nlimea camerei; V- viteza gazului de purificat, care se ia 0,2 m/s. Timpul de edere a aerului cu praf n camer, pentru depunerea particulelor solide, este dat de relaiile: t = h/Vg i t = lhL/Q n care: h- nlimea camerei, n m; Vg - viteza limit de cdere a celei mai mici particule, n m/s; l - limea camerei, n m; L - lungimea camerei, n m; Q - debitul de aer desprfuit, n m3/h; Din relaiile de mai sus rezult: Vg =Q/l.L dar: Vg = d2p/18 iar viteza de traversare a camerei este: va=Q/he va optim = 0,30 m/s din care rezult: h/L=Vg/va

Pe de alt parte l=Kh i L=Q/3600Vgl n care: - greutatea specific a prafului, n kg/m3; dp - diametrul mediu al particulelor, n m; - vscozitatea cinematic: = 1,85.10-6; K- raportul dintre limea i nlimea camerei. Randamentul camerei este dat de relaia: = Vg/va Utilizarea cea mai curent a camerelor de depunere este pentru reinerea particulelor mari, ca prim treapt de curire. Gradul de separare este redus, cel mult 4050%. Camere de depunere cu deflector sau plci. - Pentru a se evita inconvenientele artate n exemplul de mai sus, camerelor de depunere simple li s-au adus o serie de modificri prin introducerea unor deflectoare sau plci orizontale sau nclinate.

Fig. - Schema unei camere de depunere cu deflector,(rafturi). Distana echivalent dintre plci (Re) se determin din condiia: Re = va.dechiv/vg 1400 dar: dechiv = 2hb/(n+b) 2nh2/h(n+1) 2

n care: h- distana dintre plci; b- limea plcii perpendicularpe curentul de aer; n - numrul de plci. Separatorul de praf cu inerie - este cunoscut n practic sub o mare varietate de modele care au drept caracteristic comun curgerea aerului cu schimbri brute de direcie. Fiecare dintre acestea constituie un punct de separare a particulelor care, datorit ineriei nu pot urmri ntoarcerea curentului i i continu traciectoria prsind aerul care le-a vehiculat. Datorit faptului c modificrile de direcie se realizeaz practic prin icane, ocul particulelor de praf pe pereii acestora constituie o contribuie important la aciunea de separare. Unul dintre cele mai simple separatoare de praf cu inerie este reprezentat n fig. 13.11. Separatoarele de praf cu inerie se folosesc la particulele mari i grele, n concentraie mare i au un grad de separare ce nu depete 50-60%. Fig. - Schema unei camere de depunere cu inerie. Randamentul de depunere, pentru anumite forme geometrice, este funcie de relaia: dpva(p-)/18DB n care: dp - diametrul particulei, n cm; va - viteza fluidului n raport cu obstacolul, n cm/s; p - masa volumetric a particulelor, n g/cm3; - masa volumetric a fluidului, n g/cm3; DB- dimensiunea caracteristic a obstacolului, n cm; - vscozitatea cinematic a fluidului, n poise.

Cicloanele - reprezint categoria de separatoare de praf cu cea mai larg utilizare n practic. Specific acestor aparate sunt costul sczut, necesar construciei i al exploatrii, uurina de-a prevedea spaiul necesar i gradul sczut de separare cu care funcioneaz la particulele fine.

Folosirea pe scar larg a cicloanelor se explic prin randamentele satisfctoare pe care le asigur la funcionarea individual cu particule mari, precum i prin faptul c, pentru prafurile fine, constituie o prim treapt de separare deosebit de avantajoas. Forma general cea mai obinuit a unui ciclon este reprezentat n fig. 13.12. Aerul cu praf intr printr-o deschidere rectangular practicat la captul superior al corpului cilindric, praful separat prsete ciclonul prin orificiul de evacuare situat la vrful corpului conic, iar aerul curat iese prin tubul de evacuare montat concentric la captul superior al corpului cilindric. Aerul intr n ciclon fie tangenial la corpul cilindric (fig. 13.13.a), soluie folosit la toate cicloanele care funcioneaz individual, fie axial cu corpul ciclonului (fig.13.13.b), soluie folosit frecvent pentru cicloanele mici montate n paralel n aceeai carcas (multicicloane). Aerul cu praf intrat n ciclon capt de ndat forma unei vne n spiral descendent care se sprijin pe pereii ciclonului; n dreptul vrfului corpului conic, sensul de deplasare se inverseaz i cu acelai sens de rotaie vna de aer se ridic ctre tubul de evacuare sub forma unei spirale ascendente, care se rotete independent n interiorul spiralei de coborre. Particulele de praf, centrifugate de micarea de rotaie a aerului se concentreaz n vna spiralat exterioar i lunecnd n spiral pe pereii ciclonului ajun pn la orificiul de evacuare prin care prsesc aparatul odat cu mica cantitate de aer. n general, gradul de separare al cicloanelor crete cu: mrimea particulelor de praf, greutatea specific a particulelor, concentraia prafului n aer care intr n ciclon, viteza de intrare a aerului n ciclon, lungimea corpului cilindric sau conic. Deasemenea, gradul de separare crete: cu ct deschiderea de intrare n ciclon este mai ngust, cu ct diametrul tubului de evacuare este mai mic fa de diametrul corpului cilindric, cu ct diametrul corpului cilindric este mai mic, cuct pereii ciclonului sunt mai netezi. Gradul de separare al cicloanelor ajunge la valori de 80-95%. Datorit faptului c gradul de separare crete cu ct diametrul ciclonului este mai mic, au cptat o utilizare mare multicicloanele (fig.13.14.), compuse din elemente de forma celui indicat n fig. 13.13.b. Dimensionarea cicloanelor - Cunoscnd gradul de dispersie a prafului, dimensiunile ciclonului se determin n funcie de viteza periferic a gazului n ciclon, care se ia ntre 1214 m/s i viteza gazului n eava de evacuare, care se adopt 4-8 m/s. Viteza gazului n racordul de intrare a ciclonului se consider egal cu 18-80 m/s. Timpul de staionare a particulei de gaz n ciclon, n s, se determin cu relaia: =l/ = 2r2/ n intervalul de timp , particula de praf - sub aciunea forei centrifuge- parcurge un drum egal cu r2-r1. La viteza de sedimentare o, n intervalul de timp necesar pentru sedimentare este: = (r2-r1)/o Egalnd cele dou relaii, rezult: de unde: (r2-r1)/o = 2r2/ r2 = r1/1-2o/ n care: - numrul rotaiilor particulei de gaz n jurul evii de evacuare; - viteza periferic medie a gazului n ciclon, n m/s; r1 - raza exterioar a evii de evacuare, n m; r2 - raza prii cilindrice a ciclonului.

ntruct = 1,5 rezult c 210 i deci: r2 = r1/1-10o/ Pornind de la debitul dat al ciclonului Vs, se determin raza interioar a evii de evacuare: de unde: Vs = r2inte

r int= (Vs/e)1/2 n care: e - viteza gazului n eava de evacuare, n m/s. Dac grosimea evii este , raza r1 se calculeaz cu relaia: r1 = rint + nlimea prii cilindrice se determin din relaia: Vs = (r2-r1)H de unde: H = Vs/(r2-r1) ntruct partea conic a ciclonului nu poate fi calculat, se recomand unghiul la vrful conului de 30- 40o i diametrul orificiului de evacuare a prafului de 200-250 mm.. Randamentul ciclonului se determin cu relaia: c= (Ci-Cf)/Ci n care: Ci - concentraia prafului n gazul iniial, n g/m3; Cf - concentraia prafului n gazul purificat, n g/m3; Pentru separarea aerului de suspensiile solide din lemn, al deeurilor rezultate la prelucrarea mecanic a lemnului, cu concentraii iniiale de 250-300 g/m3, ciclonul se alege dup diametrul (n m) al conductei de evacuare a aerului n atmosfer, astfel: D2 = (4Q/.3600.Vc)1/2 n care: Q - debitul de aer al instalaiei, m3/h (conform tabelului urmtor); Vc = 1,0 - 1,5 m/s, viteza n conducta de evacuare a aerului n atmosfer.

Fig. - Ciclon pentru rumegu i tala. Tabelul - Dimensiunile constructive, n mm, ale (fig. 3.15, pag.50) Q 600 950 120 150 185 m3/h 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4 V (m/ 150 170 190 210 120 D2 240 270 300 336 190 D1 187 212 237 262 150 hn 202 230 256 283 164 hk 19 33 37 41 46 hv 30 37 42 47 52 ho 18 32 25 28 31 h3 25 22 37 42 46 b 52 66 75 85 94 a1 60 60 75 75 60 hd 36 45 51 57 63 d1 482 547 610 665 381 H 110 137 156 164 102 hp 180 200 220 240 150 hk 35 45 50 55 63 x 75 93 106 118 131 kp 162 182 206 227 128 l 20 25 30 30 35 Qp cicloanelor, n funcie de debitul de aer 225 1,5 230 370 287 310 51 57 34 50 103 75 69 740 192 260 70 143 250 45 265 1,5 250 400 312 337 55 62 37 55 112 75 65 804 210 280 75 156 270 60 310 1,5 270 430 338 365 59 67 40 60 120 75 11 870 229 300 80 169 290 60 350 1,4 290 464 362 391 64 62 43 64 129 75 87 934 244 320 87 182 310 65 405 1,4 310 496 387 418 70 77 46 49 137 75 93 100 262 340 93 194 330 65

Scruberele - sunt separatoarele de praf care funcioneaz n regim umed. Cel mai simplu tip de scruber este un ciclon similar ciclonului obinuit, prevzut cu duze care, pulveriznd apa tangenial formeaz pe suprafaa interioar a pereilor o pelicul continu de ap. Particulele de praf, separate din curentul de aer prin fora centrifug, ader de pelicula de ap i curg odat cu aceasta ctre orificiul de evacuare din ciclon. Cel mai rspndit tip de scruber este ns scruberul cu autopulverizare al crui principiu constructiv i de funcionare este indicat n fig. 13.15. Aerul prfuit intr lateral ntr-o camer avnd la fund un bazin cu ap. Pe laturile camerei, paralel cu direcia de intrare, sunt prevzute dou fante profilate, nguste, exact la nivelul apei, prin care aerul cu praf este forat s treac cu mare vitez. Curentul de aer rupe o pelicul de la suprafaa apei i la viteza ridicat de curgere o transform n picturi cu care se amestec. Aerul prfuit umed este ciclonat la ieirea din fante, ca efect al formei acestora, apoi sufer o curgere icanat pentru separarea picturilor de ap i este, aspirat de un ventilator montat pe camera de intrare a aerului prfuit. Separarea prafului de aer se face n cteva etape succesive astfel: prin decantare n camera imediat dup intrare, prin aderare pe suprafaa apei din bazin, prin aglomerare n urma umezirii i centrifugarea particulelor aglomerate n zonele de ciclonare create de fante, prin icanare n zona de destindere care urmeaz fantelor.

Praful separat se colecteaz pe fundul bazinului cu ap de unde este evacuat periodic de un transportator de ml cu raclei. Gradul de separare al acestor scrubere este foarte ridicat, de la 97% la 99,5%. Cele mai cunoscute aplicaii ale scruberelor cu autopulverizare sunt: la procesele de separare a materialelor ceramice, plastice, explozive, a produselor chimice, nisipului, crbunelui etc.

Filtrele industriale - sunt larg utilizate n practic pentru separarea particulelor fine de praf uscat i neadeziv. Gradul de separare al acestor filtre este de obicei mai mare de 99%. Tipurile cele mai rspndite de filtre sunt cu saci sau cu panouri. Filtrele cu saci (fig.13.16.) sunt alctuite dintr-un numr de saci confecionai din postav, pnz sau alt mediu filtrant esut, montai n interiorul unei carcase sau liberi ntr-o ncpere. Aerul cu praf intr n saci, praful este reinut pe suprafaa interioar a acestora iar aerul curat din spaiul ce nconjoar sacii este evacuat n atmosfer. n general, aerul cu praf este introdus ca n fig. 13.16. astfel nct particulele mai mari s fie separate prin inerie i s cad n buncr, nainte de-a intra n saci. Sacii au de obicei, diametre de 125-500mm i nlimi pn la 10m. Filtrele cu panouri sunt alctuite dintr-un numr de rame cu mediu filtrant (fig.13.17), montate n paralel n interiorul unei carcase. Laturile panourilor variaz ntre 450 i 1000mm. Ambele tipuri de filtrare, cu saci i cu panouri, sunt prevzute cu dispozitive de scuturare mecanic acionate manual, electric sau pneumatic, care au rolul de-a disloca de pe suprafeele filtrante straturile de praf depuse. La unele construcii de filtre cu saci, aciunea de curire se realizeaz periodic prin cltirea sacilor cu jeturi de aer, sau prin comprimarea sacilor obinut fie prin aplicarea unei presiuni pe suprafaa lor exterioar fie prin aspirarea aerului din interiorul lor. n urma scuturrii praful depus cade n plnii de colectare dispuse sub saci sau panouri. n mod obinuit, filtrele sunt compartimentate sau montate n paralel n grupuri separate, ceea ce face posibil ca, printr-un joc de organe de nchidere acionate automat, accesul aerului cu praf la compartimentele sau grupurile supuse scuturrii s fie ntrerup n perioada curirii. n acest mod, praful dislocat de pe suprafeele filtrante se poate depune linitit n plniile de colectare. Materialele filtrante folosite la confecionarea sacilor sau panourilor sunt, n marea majoritate a cazurilor, esturi scmoate sau lise de bumbac, ln, fibre sintetice sau minerale. Pn la temperaturi de 80oC fibrele de bumbac sunt aproape n mod universal utilizate, mai ales dac aerul nu conine gaze sdau vapori acizi. esturile sau pslele din ln rezist n condiii bune pn la temperatura de 110oC, chiar dac mediul este puin acid. Pentru aer sau gaze, pn la 135oC i n condiii de aciditate, sunt folosite fibrele acrilice. esturile din fibre de sticl sau de azbest rezist pn la temperaturi de 260oC. La funcionarea normal a filtrelor cu saci sau cu panouri, mediuzl filtrant este constituit nu numai de estura propriu-zis, ci i de praful care ptrunde n porii esturii i care formeaz un strat subire pe suprafaa acesteia. estura singur are un grad de reinere mult mai redul dect mediul estur - strat de praf. Din cauz c praful joac un rol att de important n procesul de filtrare, filtrele dau rezultate mai bune la concentraii mari de praf, pn la cteva sute de grame pe metrul cubFiltrele electrice - Posibilitatea separrii pe cale electric a particulelor solide sau lichide din gaze a fost descoperit la nceputul secolului trecut (Hohlfeld), dar, din cauza greutii de a realiza maini productoare de curent continuu de tensiune nalt, descoperirea

a putut fi aplicat practic n 1908 (Cotrelli Moeller). Funcionarea filtrelor electrice se bazeaz pe efectul corona i const n preciptarea particulelor de praf n cmp electrostatic. Un sistem de electrozi sub tensiune nalt plasat n axa unui turn cu nlime mare creaz un cmp care ncarc cu sarcini electrice particulele de praf vehiculate de aerul ce curge prin turn. Pereii metalici ai turnului sunt legai electric la pmnt, ceea ce face ca particulele de praf ncrcate electric s fie precipitate ctre perei. n contact cu pereii, particulele i pierd sarcina electric i cad la baza turnului unde sunt colectate ntr-un buncr de praf. Apariia efectului corona corespunde urmtoarelor valori pentru cmpul electric i tensiune ntre electrozii coaxiali:

Ec = Eor (1 +

ko Di ko Dp DiFig schema filtrului electric

Uc = Eo

rDi2

(1 +

rDi

. ) ln

n care: kV/cm;

Ec - cmpul electric corespunztor apariiei coronei ntre electrozi coaxiali, n

Eo - constant, pentru aer Eo = 33kV/cm; ko - constant, pentru aer ko = 0,18; o - densitatea relativ a gazului fa de densitatea sa n condiii normale la o O C i 760 Torr; Uc - tensiunea necesar pentru apariia coronei ntre electrozi coaxiali, n kV. Eficiena filtrelor electrice = 100(1-e-ok) n care: k - constant a crei valoare este: pentru electrozi coaxiali: k=4L/VDp pentru electrozi paraleli: k =L/av - eficiena de colectare; e - 2,718; L - lungimea electrozilor, n sensul curentului de gaz; v - viteza gazului; a - distana dintre electrozi. Dup natura gazului i condiiile de funcionare, eficiena de colectare poate fi ntre 90 i 99%. Tabelul - Date practice pentru filtre electrice. Cmpul electric (gradientul de tensiune) Tensiunea electric Consum de energie electric, pentru 1000m3 gaz 1,5 - 6,0 kV/cm 30 - 100kV 0,12 - 0,4 kWh

Intensitatea curentului electric, pentru metrul liniar de elect Densitatea (concentraia ionilor) n spaiul dintre electrozi Durata de trecere a gazului prin filtru Viteza gazului prin filtru Pierderea de presiune la trecerea prin filtru

0,1 - 1,0 mA 108 - 109 cm-3 2-6s 0,5 - 5 m/s 6 - 25 mm col. ap

CURS 4. COMPOZIIA APELOR UZATE I DE SUPRAFA Caracteristicile apelor uzate i de suprafa Calitatea apelor de suprafa - a emisarilor- este influenat de calitatea apelor uzate ce rezult din procesele industriale i din tratarea incomplet n staiile de epurare. Analizele de laborator au drept scop: s furnizeze informaii asupra gradului de impurificare al apelor uzate i de suprafa i asupra condiiilor n care trebuie tratate acestea, respectiv folosite; s stabileasc eficiena staiilor de epurare i condiiile n care se produce autoepurarea; s determine influena pe care o va avea deversarea apelor uzate n emisari. Determinrile se pot grupa n cinci mari categorii; care stabilesc cantitatea i starea materialelor coninute n ape, precum i aspectul acestora: materii solide totale, separabile prin decantare, dizolvate, culoare, turbitate, etc.; care definesc cantitatea, starea i condiiile n care se gsesc materialele organice: materii solide n suspensie separabile prin decantare - organice, materii dizolvate - organice, azot; care stabilesc poziia materiilor specifice apelor uzate: azotul sub toate formele sale, O2, grsimile, clorurile, sulfurile, pH; care indic mersul descompunerii apei uzate sau de suprafa: O2, azotul sub diferite forme, H2S, miros, temperatur; care stabilesc prezena i felul organismelor din ap, n scopul cunoaterii stadiului epurrii n diferite trepte ale staiei de epurare, necesarul de clor, gradul de impurificare al emisarului. Ca i pentru apele folosite la alimentarea colectivitilor sau industriei, pentru apele uzate se deosebesc patru categorii: fizice, chimice, biologice i bacteriologice. 1. Caracteristicile fizice urmrite sunt: turbiditatea, culoarea, mirosul i temperatura. Turbiditatea - apelor uzate i a emisarilor indic numai n mod grosier coninutul de materii n suspensie. Poate fi msurat n grade pe scara silicei, mg/l - metoda cu caolin, cm col.H2O prin care este vizibil un text standard. Aceast analiz se poate efectua foarte repede motiv pentru care personalul de exploatare prin urmrirea acesteia poate sesiza cu uurin schimbarea brusc a compoziiei apei uzate. Culoarea - apelor uzate proaspete este gri deschis; prin fermentarea substanelor organice din ap, culoarea apelor uzate devine mai nchis. Apele uzate care au culoare diferit de cele de mai sus indic evacuarea n reeaua public a unor cantiti importante de

ape uzate industriale, care pot da apei culori diferite n conformitate cu proveniena i natura poluanilor. Mirosul - apele uzate proaspete au miros specific greu perceptibil. Cu ct timpul de transport n sistemul de canalizare este mai mare exist posibilitatea ca n apa uzat s apar procese de fermentare anaerob, proces caracterizat de un miros specific ce seamn cu mirosul de ou clocite. n cazul n care apele uzate conin diferii poluani peste limitele admise n reeaua de canalizare public, acetia pot produce diferite mirosuri de cele mai multe ori neplcute. Cu ajutorul acestor trei analize, se pot uor detecta deversri cu poluani peste limitele admisibile, ceea ce permite personalului de exploatare s ia urgen msurile de rigoare pentru a preveni deteriorarea proceselor de tratare a apelor uzate. Temperatura - apelor uzate oreneti este cu 2-3oC mai ridicat fa de apele din reeaua de alimentare, ea fiind dependent n special de prezena apelor uzate industriale. Temperatura este un factor ce influeneaz procesele de tratare. Astfele ea poate modifica n mai mic msur procesul de coagulare i decantare, dar modific pregnant procesele de epurare biologic (prin modificri asupra reaciilor biochimice i a celor de dizolvare a oxigenului n ap.

2. Caracteristicile chimice Concentraia de ioni de hidrogen (pH) - este un indicator care influeneaz procesele de tratare biologice i chimice. n staiile de tratare a apelor uzate valoarea pH-ului trebuie s fie cuprins ntre 6-8,5. Potenialul de oxidoreducere (potenial Redox, Rh) - Potenialul de oxidoreduce furnizeaz informaii asupra puterii de oxidare sau reducere a apei sau nmolului. n scara Redox, notaia rH exprim inversul logaritmului presiunii de oxigen. Rezultatele stabilite n mV pot fi puse sub forma logaritmic cu ajutorul notaiei rH. Scara de msur a potenialului redox are ca valori extreme 0 i 42. Valori sub 15 nseamn c proba se gsete n faza de reducere, corespunztoare fermentrii anaerobe. Valori peste 25 caracterizeaz o prob n faz de oxidare anaerob, de exemplu nmolul activ; testul cu albastru de metilen are valori ale pH =13,515,0. Oxigenul dizolvat (O2) - este unul din elementele chimice care caracterizeaz cel mai bine starea de poluare a unei ape. Oxigenul se gsete n cantiti mici n apele uzate (12mg/l), ns numai cnd sunt proaspete i dup epurarea biologic. Oxigenul dizolvat reprezint un parametru ce caracterizeaz funcionarea corect a bazinelor de aerare. Determinarea oxigenului dizolvat poate fi realizat prin metode Winkler, sau prin metode electro-chimice. Materii n suspensie (ms) - reprezint substanele insolubile din ap care se pot separa prin filtrare, centrifugare sau sedimentare. n funcie de greutatea specific materiile n suspensie pot fi sedimentabile, nesedimentabile i plutitoare. Separarea materiilor n suspensie se face prin filtrare sau centrifugare urmat de uscare la 105oC i cntrirea reziduului. Rezultatul se exprim n mg/l. Pentru a determina raportul dintre substanele minerale i cele organice din materiile n suspensie, se recurge la calcinarea acestora la 600800oC. Pierderea prin calcinare reprezint substanele organice, iar reziduul rezultat la calcinare reprezint substanele minerale. Materiile solide totale - reprezint suma materiilor solide n suspensie i materiile solide dizolvate. Pentru determinarea materiilor solide totale se recurge la evaporarea probei de ap natural, reziduul reprezentnd coninutul total de materii solide. Pentru determinarea

materiilor solide dizolvate se procedeaz la fel ca mai sus, cu apa rezultat n urma filtrrii la stabilirea materiilor n suspensie. Separarea proporiilor de substane minerale de cele organice se face prin calcinare folosind aceeai metod ca la materii n suspensie. Substanele organice - ca prezen n apele uzate reprezint un indicator foarte important, deoarece acestea constituie un factor de poluare predominant ce urmeaz a fi eliminat n treapta biologic. Tehnologiile de tratare a apelor uzate sunt concepute pentru eliminarea nu a unor substane organice anumite ci a coninutului global de substane organice. Concentratia substanelor organice din apele uzate se poate determina prin consumul de oxigen necesar pentru descompunerea lor. S-a adoptat ca echivalent a substanei organice consumul de oxigen deoarece la evacuarea apelor uzate n emisar se produce o diminuare a oxigenului dizolvat existent n acesta ca urmare a descompunerii lor, ceea ce poate provoca distrugerea fondului piscicol i n general a tuturor a tuturor organismelor acvatice. Pe de alt parte oxigenul este necesar proceselor aerobe de epurare sau de autoepurare, folosindu-se consumul de oxigen la dimensionarea treptei biologice. Consumul chimic de oxigen (CCO-Cr) - msoar coninutul de carbon din toate felurile de materii organice prin stabilirea oxigenului consumat de bicromatul de potasiu n soluie acid. Determinarea nu ofer posibilitatea de a diferenia materia organic stabil i nestabil din apa uzat. Azotul total - reprezint suma amoniacului liber, azotului organic, nitriilor i a nitrailor. Azotul organic i amoniacul liber sunt luai ca indicatori ai substanelor organice azotoase prezente n apa uzat, iar amoniacul proteic drept indicator al azotului organic care se descompune. Amoniacul liber este rezultatul descompunerii bacteriene a materiilor organice i se regsete n cantiti de 15-50mg/l n apa uzat brut (la intrarea n staia de epurare). Nitriii reprezint faza intermediar ntre amoniac i nitrai iar prezena lor se datorete oxidrii bacteriene a amoniacului. Nitraii reprezint stadiul final de oxidare a azotului organic i amoniacal. Prezena nitrailor indic o epurare biologic complet a apelor uzate i caracterizeaz o ap stabil din punct de vedere a transformrilor. Substanele toxice - sunt caracteristice pentru apele uzate industriale, ele avnd o limit admisibil n cazul deversrii n reeaua de canalizare. Principalele substane toxice urmrite n analizele de laborator sunt: crom total, cupru, cadmiu, nichel, zinc, plumb. 3. Caracteristici biologice Din gama caracteristicilor biologice ne intereseaz indicatorii bacteriologici care cuprind numrul total de bacterii ce se dezvolt: streptococi, salmonella, bacteriofagi, enterovirusuri, ou de parazii, leptospire, .a.

PRINCIPII DE TRATARE A APELOR REZIDUALE Tratarea apelor are ca scop corectarea unor caracteristici ale apei, aa fel ca - dup tratareapa s corespund din punct de vedere calitativ, cerinelor care se impun la deversare n rul receptor. Pentru a nu influena calitatea apelor de suprafa condiiile de deversare a apelor reziduale n receptorii naturali trebuie s fie cele din tabelul. Pentru a satisface condiiile de epurare de mai sus, trebuie ca gradul de epurare a apelor reziduale s fie:

G. = .

M . . m .100.....(%) M

n care: G = gradul de epurare, n %; M - concentraia apelor reziduale brute, n %; m - concentraia apelor uzate epurate, n %. Tabelul - Condiiile de deversare a apelor reziduale n receptorii naturali. Specificaia Condiii de admisibilitate Creterea coninutului de substan suspensie, mg/l: max. 0,25 pentru ape de categ. I max. 0,75 pentru ape de categ. a II-a max. 1,50 pentru ape de categ. a III -a Culoare Apele reziduale diluate cu ap distilat n prop corespunztoare dilurii apelor din cursul de primitor nu trebuie s aib o culoare perceptib coloan cu nlimea de: 20 cm pentru ape de categ. I 10 cm pentru ape de categ. a II-a 5 cm pentru ape de categ. a III -a Miros i gust Apele din cursul receptor, dup amestecare cu reziduale, precum i apele reziduale, dup dilua ap distilat n proporie corespunztoare di apelor din cursul receptor, s nu aib mirosul i g apelor reziduale respective. pH-ul 6,5 - 8,5 Substane toxice Apele din cursurile naturale, dup amestecare cu reziduale, s nu aib aciune vtmtoare direct indirect asupra omului, animalelor, petilor, solu culturilor agricole. Consumul biochimic de oxigen n zile CBO5 la 20oC, mg/l: pentru ape de categ. I 2 pentru ape de categ. a II-a 4 pentru ape de categ. a III -a nu se normeaz Oxigen dizolvat,mg/min.; 4 Germeni patogeni n apele rezi nainte de evacuare n cursul receptor lips Substane plutitoare uleioase (ul Se admit ns fr a forma pelicul compact grsimi, produse petroliere etc.) Pentru a determina concentraia admisibil n suspensii a apelor epurate m, trebuie s se in seama de: 1. - debitul minim al receptorului Q, l/s;

2. - concentraia n suspensii a emisarului nainte de deversarea apelor uzate b, mg/l; 3. - debitul maxim de ape reziduale,q, l/s; 4. - limita creterii concentraiei materiilor n suspensie dup vrsarea apelor uzate n emisar, admis de norme, p, mg/l; 5. - coeficientul de amestec, a. Cu ajutorul datelor de mai sus se stabilete relaia: qm =aQp + q(b +p) din care rezult c: m = p(aQ/q + 1) + b Coeficientul de amestec se determin cu relaia sau cu nomograma ce urmeaz:

a. =.

1. . e

3L 3L

Qe 1.+ . q

n care:

e = 2,71828; L - distana la care se realizeaz amestecul total al apelor uzate cu debitul emisarului Q, care se determin cu relaia de mai jos sau cu nomograma pentru determinarea distanei de amestec:

n care: - este coeficientul ce ine seama de caracteristicile hidraulice ale emisarului i se determin cu relaia de mai jos sau nomograma specific;

2,3 aQ . q L. = lg (1. . a )q

3

. = . 3 3

E q

n care: - coeficientul de sinuozitate al cursului de ap (raportul dintre distana real dup talveg i distana n linie dreapt ntre dou seciuni ale emisarului). talveg - linia care unete punctele de cea mai mare adncime din albia unei ape curgtoare sau din lungul unei vi uscate; - coeficient care se ia: =1,0 cnd vrsarea apelor uzate se face concentrat lng mal: = 1,5 cnd se face n talveg i = 3,0 cnd se face prin dispersie; q - debitul apelor uzate, n m3/s;

Fig. Nomogram pentru determinarea coeficientului de amestec.

-

Fig. Nomogram pentru determinarea distanei de amestec L.

Fig. - Nomogram pentru determinarea coeficientului . E - coeficientul difuziei turbulente i se calculeaz cu relaia lui V.M. Makaveiev:

E . =.

gVmHm 2mc

n care: g - acceleraia gravitaional (g = 9,81m/s2) m - coeficientul lui Doussinesq; pentru ap m = 22,3 sau dup A.V. Karanev m = 18,5nC, n fiind coeficientul de rugozitate al malurilor i fundului rului (conf. tab. -) Tabelul - Valorile coeficientului de rugozitate. Nr Caracteristica albiei Valoril cr 1. Albii naturale, n condiii foarte bune (curate , rectilinii, albii cura 0,025 pmnt, cuscurgere liber). 2. Albii ale cursurilor permanente de cmpie, n special ale rurilor m 0,033 mijlocii, n condiii normale ale patului de scurgere. 3. Albii relativ curate ale rurilor de es, aflate n condiii normal 0,040 oarecare neregulariti n scurgerea apei, sau ruri rectilinii a relieful neregulat (poriuni puin adnci, gropi, uneori pietre). 4. Albii ale rurilor mari i mijlocii, puternic nfundate, sinuoase, p 0,050 acoperite cu vegetaie, albii pietroase cu scurgere neregulat. majore ale rurilor mari i mijlocii, n bun stare, acoperite cu veg (iarb, tufiuri). 5. Albii sinuoase ale cursurilor de ap periodice, puternic nfundate. 0,067 acoperite cu vegetaie abundent. Albii majore, n stare rea, acoperite cu vegetaie abundent i avnd multe brae. Poriuni cu praguri ale rurilor de cmpie. Albii cu bolovani ale ru de munte, avnd suprafaa liber a apei neregulat. 6. Albii i ruri majore, abundent acoperite cu vegetaie cu scurgere le 0,080 cu gropi mari i adnci. Albii de munte, cu scurgere rapid, aera

7.

8. 9.

oglinda apei neregulat (stropi de ap aruncai n sus). Albii majore, la fel cu cele descrisen categoria precedent, da 0,100 scurgere neregulat, golfuri etc. Albii de munte, cu cascade, cu sinuos alctuit din bolovani mari; cascade, aeraie att de puternic ap i pierde transparena i capt o culoare alb din cauza spu zgomotul apei domin toate celelalte sunete mpiedicnd convorbiri Ruri de tip mltinos (vegetaie, albii din coaj de pmnt, crp 0,133 multe locuri apa aproape stttoare etc.). Albii majore pduroas spaii mari fr scurgere adncituri locale, lacuri etc. Toreni cu albie mobil format din noroi etc. Albii majore 0,200 comunicaie, n ntregime mpdurite. Malurile bazinelor naturale.

c - coeficientul lui Chezy i se tabilete cu relaia:

C. = .

Vm I . Hm

Vm - viteza medie a cursului de ap pe distana considerat; Hm - adncimea medie a cursului de ap pe distana considerat; I - panta cursului de ap n seciunea considerat.

PROCESE I PROCEDEE DE EPURARE A APELOR UZATE. Procesele epurrii apelor uzate - fizice, chimice i biologice- constituie baza tiinific a procedeelor de epurare, respectiv a construciilor i instalaiilor de epurare corespunztoare acestora. Procesele caracteristice epurrii apelor uzate i a nmolurilor Procesele de natur mecanic sunt unele din cele mai importante procese care intervin n cadrul epurrii apelor uzate; ele i gsesc larg aplicaie n sedimentarea acestora. Procesele de natur chimic, ca atare, intervin n timpul clorrii apelor uzate sau a coagulrii materialelor solide n suspensie separabile prin decantare. Procesele de natur chimic intervin de obicei paralel cu cele biologice constituind aa numitele procese de natur biochimic (denumite i procese biologice), n timpul crora materiile organice din apele uzate i din nmoluri sunt descompuse. Cea mai mare parte a materiilor coninute n apele uzate i n nmoluri sunt de natur organic. Materiile organice (combinaii ale carbonului cu alte elemente) fiind instabile, sunt uor de descompus, odat cu aceasta se produce i epurarea apei uzate. Din punct de vedere chimic, toate procesele biologice care intervin n timpul descompunerii sunt de dou categorii i iau dou direcii opuse: procese aerobe, n cadrul crora se produce combinarea materiilor organice cu oxigenul (oxidarea), cu producere de cldur, i procese anaerobe caracterizate prin dezintegrarea oxigenului (reducia), cu

consum de cldur. Oxidarea materiilor organice este specific proceselor aerobe care au loc n apa uzat care traverseaz filtrele biologice, bazinele cu nmol activ sau cmpurile de irigare i filtrare etc.; reducia este specific proceselor anaerobe ce transform nmolul n bazinele de fermentare a nmolului, n fosele septice, n decantoarele cu etaj etc. Procesele aerobe sunt condiionate de existena bacteriilor aerobe care funcioneaz att timp ct au oxigen, furnizat de atmosfer sau ap; cnd aceste surse nu mai pot fi folosite, intr n aciune bacteriile anaerobe, care se mulumesc cu oxigenul din materiile organice sau din nitrai, nitrii i sulfai. Trebuie menionat c oxigenul este necesar att apei uzate ct i maselor de bacterii. n timpul fermentrii acide materiile solide descompuse n primul rnd, necesare pentru hrana bacteriilor sunt, zahrul, amidonul, celuloza precum i compuii solubili ai azotului (nitrii, nitrai); bacteriile anaerobe iau oxigenul necesar procesului din materiile organice i din compuii solubili ai azotului. Produii descompunerii sunt acizi organici volatili (acetic i butric), acidul carbonic i gaze, n special CO2 precum i hidrogenul sulfurat i cantiti limitate de metan. Fermentarea acid la pH = 56, dureaz cca. 2 sptmni la temperatura de 15oC; este urmat de o lung perioada (aprox. 3 luni) de o uoar coborre a aciditii (creterea pH-ului). Producia de gaze (CO2, H2S), n aceast perioad, coboar i mirosul din descompunerea nmolului devine extrem de puternic. La sfritul perioadei acide, numite i de maturizare (cca. 6 luni) la 15oC, pH-ul atinge valori de 6,8..7,0. Dintre bacteriile care intervin n descompunerea materiilor organice trebuie menionate cele care acioneaz asupra azotului, care se gsete n cantitate mare sub form de compui. n cadrul proceselor aerobe, sub aciunea bacteriilor de nitrificare (bacterii aerobe) se produce oxidarea compuilor azotului (n special a amoniacului) trnsformndu-l n nitrii (N2O3), care ulterior se transform n nitrai (N205). Compuii azotului se transform n nitrai prin intermediul bacteriilor nitrosmonae, iar acetia n nitrai prin intermediul bacteriilor numite nitrobacterii. Acest proces se numete nitrificare. Atunci cnd toi compuii azotului sau oxidat, epurarea apelor uzate se consider complet. La aceast descompunere particip i compuii azotului din nmol. n cadrul proceselor anaerobe, oxigenul legat de azot din nitrii i nitrai este dezintegrat cu bacterii de denitrificare (barterii anaerobe), oxigenul liberat fiind folosit pentru oxidarea materiilor organice.

Procedeele de epurare. Apele uzate conin materii organice i minerale n suspensie, coloidale i n soluie, de asemenea organisme, n special bacterii i protozoare, care constituie sursa principal de energie care este pus la dispoziia transformrilor de natur biochimic a materiilor organice. Unele bacterii ns, prin prezena lor n ap uzat, constituie un continuu pericol, putnd provoca mbolnviri grave. ndeprtarea sau stabilizarea materiilor nocive de tot felul din apa uzat se realizeaz n instalaiile staiei de epurare n care au loc procesele menionate. Procedeele de epurare corespunztoare, precum i instalaiile repective sunt artate n cele ce urmeaz. 1. Procedee de epurare mecanic - au ca scop:

reinerea corpurilor i suspensiilor mari, realizat n grtare, site, cominutoare, dezintegratoare etc.; flotarea (separarea) grsimilor i uleiurilor, realizat n separatoare de grsimi i n decantoare cu dispozitive de de reinerea a grsimilor i uleiurilor; sedimentarea sau decantarea materiilor solide n suspensie separabil