nr. 2 ro/2011

CUPRINS

Camelia BARBU Principii de proiectare a unui sistem energetic integrat durabil regenerativ 2

Grigore BUIA, Csaba LORINŢ Li, Te, Se, Nb-Ta – Metalele secolului XXI - Situaţia naţională 6

Ioan DUMITRESCU, Camelia STĂNOI, Nicolae KANDO Studiul catozilor de nichel electrodepus pe oţel pentru electroliza apei 10

Iosif DUMITRESCU, Vilhelm ITU, Adrian SUCIU, Rodica COSTANDOIU, Cătălin GĂMAN Reducerea preţului de cost al dispozitivelor de legat cablu DLC-1, 2 şi 3 prin îmbunătăţiri constructive 13

Cristian-Marcel FELEA Ajutorul de stat pentru industria extractivă a huilei 18

Dumitru FODOR, Ioan Călin VEDINAŞ Influenţa exploatării şi preparării zăcămintelor de minereuri metalifere din România asupra factorilor de mediu 22

Cristian Constantin MUZURAN Consideraţii privind recuperarea infrastructurii tehnico-productive din cadrul bazinului minier Valea Jiului 30

Nicolae NIŢESCU, Aron POANTA, Anne-Marie NIŢESCU, Dan DOJCSAR, Bogdan SOCHIRCĂ Unele consideraţii privind alegerea preciziei şi a ajustajelor în construcţia de maşini 36

Dragoş PĂSCULESCU, Andrei ROMĂNESCU Analiza defectelor în reţelele de înaltǎ tensiune prin intermediul terminalelor moderne numerice 45

Vasile ZAMFIR, Horia VÎRGOLICI, Olimpiu STOICUŢA Sinteza poziţională a mecanismului patrulater 48

UNIVERSITATEA DIN PETROŞANI Str. Universităţii, nr 20, 332006, Petroşani, jud. Hunedoara Informaţii: tel. 0254 / 542.580 int. 296, fax. 0254 / 543.491

Cont: RO91TREZ368504601X000062 C.U.I. 4374849 Trezoreria Petroşani e-mail: [email protected], [email protected]

www.upet.ro

Lucrările trebuie trimise la una dintre adresele de mai sus, atât în lb. română cât şi în lb. engleză, împreună cu un abstract şi 4 cuvinte cheie. Responsabilitatea conţinutului articolului aparţine exclusiv

autorilor. Lucrările nepublicate nu vor fi returnate. © Copyright Revista Minelor 2011 – apare trimestrial

Editura UNIVERSITAS Petroşani

ISSN 2247 -8590 ISSN-L 1220 - 2053

Revista Minelor este acreditată de către Consilul Naţional al Cercetării Ştiinţifice din Învăţământul Superior (CNCSIS) în categoria B+

Revista Minelor este indexată în Baza de Date Internaţională EBSCO Publishing S.U.A.

http://www.ebscohost.com/titleList/a9h-journals.pdf

Editor: Ec. Radu ION Tiparul: Universitatea din Petroşani – Atelier Multiplicare-Minitipografie

PRINCIPII DE PROIECTARE A UNUI SISTEM ENERGETIC INTEGRAT DURABIL REGENERATIV

Camelia BARBU*

Rezumat În această lucrare sunt prezentate mai întâi principalele resurse energetic regenerabile. Apoi, este prezentat conceptul de sistem integrat. Sistem integrat are următoarele caracteristici: microclimat, integrare cu mediul, durabil, regenerabil, energie curată, orientat software, structură sistemică. Acest principiu este utilizat pentru proiectarea unui sistem energetic propus pentru a produce energie regenerabilă utilizând soarele, apa, vântul și biomasa în contextul microclimatului local. Cuvinte cheie: microclimat, sistem regenerabil, energie regenerabilă, soare, apă, vânt, biomasă, modelare şi simulare Introducere

Definiția simplă a durabilității poate fi următoarea: calitatea unui proces de a fi menținut în aceeași stare nelimitat.

Dezvoltarea durabilă este o colecție de metode folosite în scopul realizării unei dezvoltări durabile a mediului înconjurător pentru dezvoltare durabilă

în scopul protejării capitalului natural pentru a obține beneficii pe termen lung.

Un astfel de sistem păstrează un echilibru dinamic între energia electrică obținută și protejare mediului înconjurător. În acest echilibru sunt luate în considerare următoarele tipuri de resurse energetice regenerabile: energia solară, radiația solară, energia vântului, energia apei și biomasa.

Posibilitățile de utilizare a energiei hydro depind de condițiile geografice și climatice. Există anumite țări care au un mare potențial în producerea de hidro-electricitate, cum ar fi de exemplu Țările nordice, care au potențial hidro mai mare decât altele.

Sistemele hidro depind de clcul apei în natură, în care apa evaporată, datorită radiației solare, vântului și transportului energetic din nori, cade înapoi pe Pămînt sub formă de precipitații.

Pe de altă parte, energia eoliană este foarte populară în producerea de electricitate din cauza potențialului eolian ridicat în multe țări. În multe cazuri costurile sunt comparabile cu costurile energiei convenționale. În țările Europei de vest, vântul este principala resursă energetică regenerabilă.

Fig. 1 Turbine eoliene și sistem picohidro

Efectul fotovoltaic înseamnă transformarea directă a luminii în electricitate prin utilizarea activă a energiei solare. Aceasta este o tehnologie absolut nouă care a fost posibilă datorită perfecționării tehnologiei semiconductorilor. Astăzi, energia solară este utilizată în multe țări. ____________________________________ * Asist.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani

Biomasa, ca materie organică poate fi utilizată direct (iarbă, cereale, frunze, lemn) sau indirect prin fermentație (alcool sau combustibili lichizi). Utilizarea biomasei nu înseamnă doar folosirea unei resurse regenerabil, ci și o oportunitate pentru o dezvoltare durabilă a zonelor rurale.

2

Revista Minelor nr. 2 / 2011

Fig.2 Instalație pe biomasă și panouri solare

Realizarea unui sistem energetic care are în componență principalele resurse cenergetice regenerabile integrate în aceeași locație este o soluție eficientă și modernă. Deci, în fig.3 este prezentat un sistem energetic durabil regenerabil format din principalele patru resurse regenerabile, cum ar fi pico hidro, turbină eoliană, celule solare și biomasă.

Nu este prea ușor să combini diferite instalații de producere a energiei electrice datorită condițiilor de mediu, adică existența soarelui, apei, vântului, biomasei în aceeși zonă. Dar, există posibilitatea existenței unei asemenea zone în care toate condițiile sau trei dintre ele pot fi stimulate cu o investiție rațională.

Fig.3 Sistem energetic: turbină eoliană, turbină pico hidro, panouri fotovoltaice și biomasă

Pentru a putea aplica teoria vom considera o zonă de mediu, care are o suprafață unde există o vale și un râu, pădure și o zonă despădurită. Această zonă poate produce patru tipuri de energie: hidro, eoliană, solară și biomasă. Problema care se pune este ca investițiile să fie raționale și eficiente. Este nevoie să fie realizate studii asupra diferitelor instalații regenerabile pentru a vedea care sunt mai bune pentru condițiile reale. De asemenea, este necesară modelarea și simularea sistemelor înainte de a trage concluzii privind implementarea. Pentru a implementa un sistem energetic regenerabil trebuie stabilit, desenat un plan de integrare și studiat microclimatul local pentru identificarea unor metode pentru o influență pozitivă.

În fig.4 se vede o zonă tipică ca cea despre care am vorbit mai sus. Această zonă este o zonă montană și are o suprafață în jur de 20 km2, o vale cu o înclinare de 35 °, 40% din suprafață este acoperită de pădure și suprafață cu albedo. Productivitatea energetică poate fi 0.025 W/m2 și această zonă poate produce 500 kW. Nu este prea mult, dar pentru case izolate este suficient. Această situație poate fi îmbunătățită printr-un bun management, așa cum se vede în fig.4, producția de energie poate fi îmbunătățită prin implementarea unei turbine hidro, a unei turbine eoliene, a unei instalații pe biomasă și a unor panouri solare, deci, într-un singur cuvânt, a unui sistem energetic integrat durabil regenerativ.

3

Revista Minelor nr 2 / 2011

Fig.4. Sistem integrat durabil regenerativ - situație propusă

Modelarea și simularea unui sistem energetic integrat durabil regenerativ Procesul energetic al ploii este un fenomen complex și într-un mod simplificat poate fi reprezentat având două bucle închise, așa cum se vede în fig.5. Prima și principala buclă conține următoarele subprocese: apă și microparticule, microparticule de pe pământ, evaporare, condensare, microparticule din nori și ploaie. A doua buclă conține următoarele subprocese: microparticule de pe pământ și microparticule din nori.

Intrările și ieșirile pentru fiecare subproces reprezintă formele de transformare relativă între stările de agregare ale apei: apă, microparticule, vapori, gheață și picături de apă. În schema de mai jos am folosit următoarele notații: qs – energia furnizată de soare; rp – rata de formare a particulelor de ploaie; rmn – rata de formare a microparticulelor din nori; rm – rata de formare a microparticuleor de apă; rs – rata de sedimentare a microparticulelor; ran – rata de alimentare a microparticulelor din nori; rme – rata de evaporare a microparticulelor; rc – rata de condensare; re – rata de evaporare; zt – rata de vânt.

Fig.5 Procesul energetic simplificat al ploii

Un sistem energetic durabil regenerabil este un sistem energetic format din echipamente electromecanice, organizate unitar, cu scopul de a produce și distribui energie electrică utilizând resurse energetice primare obținute dintr-o arie bine delimitată. Principalele elemente ale unui sistem energetic sunt: instalații electrice interconectate cum ar fi micro turbine eoliene, instalații pico hidro, micro instalatii solare împreună cu rețeaua electrică de distribuție. Ținând cont de aceste resurse este proiectat un sistem energetic durabil regenerativ.

Conceptul constă din proiectarea unui sistem energetic pentru a produce energie curată, cum ar fi: energie solară, hidro, eoliană pe baza mediului înconjurător și a microclimatului local. Pentru fiecare subsistem (turbine eoliene, turbine pico hidro, panouri solare) a fost scris un model matematic și mai jos este prezentat modelul unui sistem energetic integrat durabil regenerativ, precum și rezultatele simulării (fig.6). După cum se observă, puterea electrică depinde de radiația solară, viteza vântului și debitul apei.

4


Fig.6 Modelarea și simularea unui sistem energetic integrat durabil regenerativ

Concluzii

• Structura unui sistem energetic integrat durabil regenerativ este prezentată în această lucrare. Elementele componente ale unui astfel de sistem sunt: pico hidro turbine, turbine eoliene, panouri solare şi instalaţii de biomasă. • Înainte de proiectarea și implementarea unui sistem integrat durabil regenerativ este obligatorie realizarea unui studiu al microclimatului local și a unui plan de integrare. • Alt pas important este modelarea și simularea întregului sistem înainte de a fi implementat. • În cele mai multe cazuri, investițiile inițiale se recuperează și această soluție poate fi foarte atractivă pentru viitor. • Ținând cont de principiile prezentate mai sus se poate stabili un model matematic pentru a determina un optim al managementului mediului cu scopul de a obține maximum de energie electrică.

Bibliografie

1. Tăbăcaru-Barbu I.C., Pop E., Leba M. Study regarding integrated sustainable renewable energetic system design in local climate context European Symposium on Renewable Energy in European Universities of Architecture, Bucuresti, 2007

2. Pop E., Tăbăcaru-Barbu I.C., Leba M. Modeling and simulation of integrated energetic parks in local climate context microCAD International Scientific Conference, 22-23 March 2007, Applied Information Engineering, Miskolc, Ungaria, pag. 213-218, ISBN 978-963-661-742-4, ISBN 978-963-661-754-7

3. Pop E., Leba M., Tăbăcaru-Barbu I.C., Buzdugan L. Optimal Renewable Energetic System Placement Based on Microclimate, Energy and Environment III Proceedings of the 3rd IASME/WSEAS International Conference on Energy & Environment (EE ’08), University of Cambridge, Cambridge, UK, February 20-22, ISBN 978 960 6766 43 5, ISSN 1790 5095, pp. 186-191, 2008

4. Tăbăcaru-Barbu I.C. Contributions Regarding the Modeling, Simulation and Implementation of Methods and Techniques of a Sustainable Integrated Renewable Energetic System Achievement Ph.D. Thesis, University of Petrosani, 2009

5


Li, Te, Se, Nb-Ta – METALELE SECOLULUI XXI SITUAŢIA NAŢIONALĂ

Grigore BUIA*, Csaba LORINŢ**

Cuvinte cheie: litiu, telur, seleniu, niobiu, tantal, resurse/rezerve naţionale Introducere

Aşa cum s-a arătat în articolul precedent „Li, Te, Se, Nb-Ta – METALELE SECOLULUI XXI?”, începutul mileniului trei, aflat sub semnul noii ere informaţionale, este dependent de noi resurse minerale. Astfel, metale precum, Li, Te, Se, Nb-Ta, prin proprietăţile şi utilizările lor în tehnologiile moderne, generează o cerere din ce în ce mai mare pe piaţă, constituind totodată şi o provocare pentru industria minieră. Prin acest nou demers, autorii îşi propun să evidenţieze potenţialul naţional în ceea ce priveşte aceste noi resurse.

Generalităţi, istoric, breviar

Litiul Litiul a fost descoperit în anul 1817 de către

Johan August Arfvedson la Stockholm, Suedia. Metalul în sine a fost izolat în 1821 de către William T. Brande. Primele minerale de litiu descoperite au fost petalitul şi spodumenul; acestea au fost găsite pe insula suedeza Uto de către mineralogul Joze Bonifacio de Andrada e Silva, în timpul unui tur făcut în Europa în 1790. [5]. În 1817, Arfvedson a analizat petalitul şi a realizat că acesta conţine un metal necunoscut anterior, numindu-l litiu deoarece provenea dintr-o piatră. Îşi anunţă descoperirea în anul 1818, identificând litiul ca fiind un nou metal alcalin şi o variantă alcalină mai uşoara ca sodiul. Va descoperi, ulterior, ca spodumenul şi lepidolitul de asemenea conţin litiu [5]. Litiul se găseşte în zăcăminte pegmatitice si evapotice; Cantităţi mici de litiu se găsesc în apa oceanelor şi în unele organisme vii. Principala utilizare a litiului este la fabricarea bateriilor şi acumulatorilor Li-Ion, considerate cele mai durabile, fiabile şi nepoluante. Litiul este utilizat de asemenea sub forma de aliaje în construcţii aero-spaţiale şi în fizica nucleară: fisiunea atomilor de litiu a fost prima reacţie nucleară efectuată de către omenire, şi deuteritiul de litiu este combustibilul pentru armele termonucleare [4]. ____________________________________ * Prof.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani ** Asist.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani

Telurul Telurul a fost descoperit în România în 1782 de

către cercetătorul austriac Franz-Joseph Müller von Reichenstein. Telurul este relativ rar (clarkul 0,0018 ppm.) şi este de obicei întâlnit în combinaţie cu alte elemente (aur, argint), formând telururi. Telurul, apare şi ca substituent izomorf al plumbului, de unde prezenţa acestuia în galenă. Telurul ca şi seleniul, se concentrează exclusiv în zăcăminte magmatogene aparţinând fazei hidrotermale.

Tocmai datorită rarităţii, în stare pură, telurul este foarte scump. Estimativ, conţinutul minim exploatabil din telururile auro-argentifere este de cca. 15 ppm. [6].

Telurul este un semi-metal de culoare argintie cu structură cristalină hexagonală. Este considerat a fi de toxicitate relativ redusă, însă se recomandă evitarea expunerii îndelungate la telur, în special evitarea expunerii inhalatorii. Dintre numeroasele utilizări ale telurului, pot fi amintite: industria energetică (dispozitivele termoelectrice), prel. oţelului, colorarea sticlei şi a plasticului, aliaje metalice (datorită ductilităţii sale), fabricare de panouri solare şi semiconductori etc. [4].

Seleniul Seleniul a fost descoperit de către Berzelius în

1817, şi studiat mai departe de către alţi cercetători. Din punct de vedere chimic, seleniul este foarte apropiat de sulf, căruia îi seamănă foarte mult. Originea numelui derivă din cuvântul grecesc Selênê (luna). Formează minerale proprii dar fără a constituii acumulări exploatabile. Seleniul se găseşte în special în galenă şi calcopirită, unde apare ca substituent izomorf al sulfului.

Estimativ, conţinutul minim exploatabil este de cca. 20 ppm.[6]

Seleniul pur îşi creşte conductivitatea de o mie de ori atunci când este mutat de la întuneric la lumina solară puternică, lucru care îl face utilizat la construirea luxmetrelor. Se mai foloseşte la fabricarea celulelor fotoelectrice, camerelor de filmat, copiatoarelor, precum şi la redresarea curentului electric etc.

Sărurile (de exemplu selenitul de mercur) au utilizare în laboratoarele de analize medicale, pentru dozarea azotului total din sânge/ser [4].

6


Niobiul Niobiul sau columbiul este un metal rar, dur,

maleabil, de culoare cenuşiu-deschis, lucios, foarte rezistent la coroziune. Niobiul este întrebuinţat la fabricarea oţelurilor inoxidabile în electrotehnică, în radioelectronică etc.; Aliajele de niobiu, se bucură în prezent de o deosebită atenţie datorită unei remarcabile rezistenţe la temperaturi ridicate. Rezultatele cele mai bune se obţin prin alierea niobiului cu hafniu, molibden, vanadiu şi zirconiu. Astfel, pentru camerele de ardere ale motoarelor rachetă se utilizează aliajul cu marca C-103 care conţine 88,3% niobiu, 10% hafniu, 1% titan şi 0,7% zirconiu. În cazul navelor cosmice cu reintrare lentă în atmosferă, suprafeţele de control se obţin din aliaj cu marca B-66, cu următoarea compoziţie chimică: 89,5% niobiu, 5% molibden; 5% vanadiu şi 0,5% tantal.

Tantalul Tantalul este folosit la greutăţi pentru cântare şi

filamente pentru tuburi vidate. Apare sub formă de compuşi şi la temperatura camerei este solid. Aliajele de tantal sunt destinate construcţiilor aerospaţiale. Aliajele tantalului cu hafniu, niobiu, titan, vanadiu prezintă foarte bune proprietăţi mecanice la temperaturi înalte. Ca exemplu se poate cita aliajul tantal-hafniu, care conţine 20% Hf şi care posedă, la 1.2000C, o rezistenţă de rupere la tracţiune de 42 daN/mm2. Pentru construcţia rachetelor cosmice se utilizează aliajul cu marca T-222 şi care conţine: 87,5% tantal, 10% wolfram şi 2,5% hafniu.

Conform datelor prezentate în primul raport realizat până acum în UE, publicat la 17 iunie 2010, cu privire la accesul la materiile prime minerale, niobiul şi tantalul fac parte şi ele dintr-o lista de 14 materii prime care sunt considerate a fi „critice” pentru industria europeană, alături de stibiu (antimoniu), beriliu, cobalt, fluorină, galiu, germaniu, grafit, indiu, magneziu, metale platinice, pământuri rare, şi wolfram (tungsten). [3].

Situaţia naţională

Telurul Telurul, este prezent ca element minor în

galene, calcopirite şi pirite asociate cu zăcăminte laramice şi neogene în special la: Băiţa Bihor, Coranda, Ilba, Cavnic-Bolduţ etc., unde apare cu conţinuturi medii cuprinse între 40-120 ppm. [6]

De asemenea, telurul mai apare şi în sulfosărurile asociate vulcanitelor neogene de la Băiuţ (As, Cd, Ga, Tl ± Se, Ge, Te, Co, Ni, Cr, Ti) [1], şi Văratec (As, Cd, Bi, Te, Co, Ni, V, Ti, W) (Borcoş M., 1984) [10] din Munţii Gutâi precum şi în Munţii Ţibleş (Cd, Mn, Ti, F, Te) [9], de unde poate fi recuperat alături de alte elemente.

La Săcărâmb, alături de telururile auro-argentifere, telurul a fost evidenţiat şi în sulfosăruri (As, Ca, Bi, St, Te, Co, Ni). [2].

Sub forma minerală, acest element a fost identificat în România la Săcărâmb, Cordurea, Musariu Nou, Faţa Băii şi Vâlcoi, după cum urmează:

La Săcărâmb în Munţii Metaliferi, în zona Vulcanitelor Neogene Brad-Săcărâmb, seria sarmaţiană Barza-Săcărâmb, alături de Au şi Ag, însoţit de Pb şi Zn, în zăcăminte hidrotermale de vârstă Miocen. Roca gazdă este formată din andezite cuarţifere cu hornblendă şi biotit, propilitizate, adularizate, argilizate, în zăcămnte filoniene orientate NE şi NV şi care formează o reţea în zona mediană a aparatului vulcanic central. Compoziţia chimică este: Au, Ag, Te± Pb, Zn, Cu şi secundar Cd, Ga, In, As, Sb, Bi, Se, Sn, Co, Ni; iar cea mineralogică: Pirită, mispichel, blendă, galenă, calcopirită+nagyagit (Pb5A (Te, Sb)4 S5-8), krenerit (Au, Ag)Te2), sylvanit (Au, Ag Te4), altait, frohbergit (FeTe2), hessit (Ag2Te), petzit (Ag3AuTe2), telur, tetraedrit, boulangerit, jamesonit, stibină, arsen nativ distribuite diferenţiat pe grupuri de filoane, asociaţia menţionată fiind dominantă în părţile inferioare ale acestora. [8].

La Cordurea în Munţii Metaliferi, în zona Vulcanitelor Neogene Brad-Săcărâmb, într-o structură vulcanică andezitică neogenă complexă, în formaţiuni sedimentare cretacice, dintr-un complex de roci bazice mezozoice. Roca gazdă este formată din andezite cuarţifere cu hornblendă şi biotit, sarmaţian-panoniene, propilitizate, argilizate, sericitizate, adularizate, silicifiate. Zăcământul se prezintă ca filoane cu Au, Ag ± Pb, Zn, Cu, Te; Cd, Sb, Hg, Ti, Mn, As de origine hidrotermală. Din punct de vedere mineralogic, zăcământul conţine pirită, tetraedrit, bornit, bournonit, calcopirită, galenă, nagygit (Pb5A (Te, Sb)4 S5-8), hessit, aur, marcasită, realgar, cinabru (Berbeleac I., 1984) [10].

La Musariu Nou în Munţii Metaliferi, în zona Vulcanitelor Neogene Brad-Săcărâmb, într-un corp subvulcanic andezitic neogen. Roca gazdă este formată din andezite – andezite-cuarţifere badenian-sarmaţiene, propilitizate, cloritizate, adularizate, sericitizate, argilizate, silicifiate; gresii marne, etc. Forma de zăcământ este tot filoniană cu impregnaţii. Din punct de vedere elementar se disting Au, Ag ± Pb, Zn, Cu; As, Cd, Mn, Ti, Se, Te, Tl, Sn, Ga, Co, Ni, V ± Bi, Sb, Mo, Cr, B în minerale precum pirită, mispichel, calcopirită, blendă, tetraedrit, galenă, frohbergit (FeTe2), weisit, sylvanit (Au, Ag Te4), nagyagit (Pb5A (Te, Sb)4 S5-

8), krenerit (Au, Ag)Te2), calaverit (AuTe2), montbrayt ((Au,Sb)2Te3), telur, petzit (Ag3AuTe2), hessite (Ag2Te), empressit (AgTe), altait (PbTe)

7


etc. în asociaţii caracteristice aur-telururi (Borcoş M., 1984) [10].

La Faţa Băii în Munţii Metaliferi, în zona vulcanică Zlatna-Stănija, în filoane de origine hidrotermală cu nagyagit (Pb5A (Te, Sb)4 S5-8) şi telur.

La Vâlcoi în Munţii Metaliferi, în zona vulcanică Roşia Montană-Bucium-Baia de Arieş, cantonate în formaţiuni sedimentare cretacice se găsesc filoane hidrotermale cu Au, Ag ± Te, Pb, Zn, Cu (Borcoş M., 1984) [10].

Seleniul Seleniul în forma sa elementară a fost sesizat

ca şi element minor în sulfosărurile asociate vulcanismului hidrotermal din zona Băii Mari (Nistru, Cavnic, Heja şi Băiuţ) şi a Apusenilor de Sud (Pârâul lui Avram, Deva, Valea Morii-Barza), cu conţinuturi medii cuprinse între 42-65 ppm. [6]

Sub forma minerală, acest element a fost identificat în România la Săcărâmb şi Certej în seleniuri precum: eucairit (CuAgSe), naumannit (Ag 2Se) şi klockmannit (CuSe), în filoane hidrotermale cuarţitice de telururi auro-argentifere, asociate andezitelor neogene ale magmatismului calco-alcalin din Munţii Metaliferi [7].

Litiul Litiul a fost semnalat în România în Pânza

Getică, Grupul Sebeş-Lotru din Munţii Sebeş, în pegmatite metamorfice, la Conţu Superior-Orata. Depozitele de vârstă Proterozoic mediu cu

paragnaise cu biotit, disten, gnaise şi şisturi anfibolice, deţin filoane de pegmatit cu spodumen (LiAl[Si2O6]). Analizele chimice au relevat conţinuturi de Li2O (0,84%), K2O (2,02%), Na2O (4,17%), în minerale precum oligoclaz, microclin, pertit, albit, spodumen, cuarţ, muscovit, biotit, apatit, granaţi, epidot, zeoliţi (Hârtopanu I., 1984) [10].

Niobiul şi tantalul nu au fost semnalate pe teritoriul României nici în formă elementară şi nici minerală.

Concluzii

Începutul mileniului trei, aflat sub semnul noii ere informaţionale, este dependent de noi resurse minerale. Astfel, metale precum, Li, Te, Se, Nb-Ta, prin proprietăţile şi utilizările lor în tehnologiile moderne, generează o cerere din ce în ce mai mare pe piaţă, constituind totodată şi o provocare pentru industria minieră.

În actuala conjunctura mondiala, România ar putea fi un important furnizor de telur şi seleniu din minereuri, concentrate şi deşeuri miniere cantonate în iazurile de decantare şi haldele de steril ale vechilor exploatări asociate acestora.

În ceea ce priveşte litiul, ocurenţa din România, rămâne ca o sursă potenţială ce necesită lucrări de explorare detaliate, în vreme ce niobiul şi tantalul nu au fost semnalate pe teritoriul ţarii noastre nici în formă elementară şi nici minerală.

Zone de interes economic pentru elementele Li, Te, Se

1 – Munţii Gutâi-Ţibleş (din elemente minore); 2 – Munţii Metaliferi (din elemente minore); 3 – Munţii Metaliferi (din minerale proprii); 4 – Munţii Sebeşului.

8


Bibliografie

1. Borcoş M., Gheorghiţă I. Revue roumain de geologie et geophysique, Geography, Geology, 20, 2, Bucureşti, 1976; 2. Ciobanu C., Cook N., Damian Gh., Damian F., Buia Gr. Telluride and sulphosalt associations at Sacaramb – “Gold-Silver-Tellurid Deposits of the Golden Quadrilateral, South Apuseni Mts., Romania, 31 st. aug. – 7 sept., 2004” – IAGOD Guidebook Series 12; 3. http://ec.europa.eu/commission_2010-2014/tajani/hot-topics/raw-materials/index_ro.htm 4. http://ro.wikipedia.org 5. Emsley J. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements, Oxford University Press, 2003, ISBN:0198503407, pag. 236/560; 6. Chesu M. Elemente minore in minereuri neferoase din România, Ed. Tehnică, 1983; 7. Popescu C. Gh., Neacşu A., Cioacă M., Filipescu D. The selenium and Se-minerals in the Săcărâmb ore deposits – Metaliferi Mountains, Romania; 8. Udubaşa G. ş.a. Arhiva IGG, 1981-1983; 9. Udubaşa G. ş.a. Analele institutului de geologie şi geofizică, LXI, 1984; 10. Arsenescu V., Biţoianu C., Berbeleac I., Berzea T., Borcoş M., Bordea S., Boştinescu S.G., Dinică I., Hann H., Hârtopanu P., Hârtopanu I., Krautner H., Intorsureanu I., Jipa D., Lazăr C., Micu M.C., Mureşan M., Nedelcu L., Peltz S., Radan S., Russo-Săndulescu D., Săndulescu M., Udubaşa G. Harta substanţelor minerale utile (ediţia a II-a) Partea a doua, Sistematizare Gitologică, I.G.G. Bucureşti, 1984.

9


STUDIUL CATOZILOR DE NICHEL ELECTRODEPUS PE OŢEL PENTRU ELECTROLIZA APEI

Ioan DUMITRESCU*, Camelia STĂNOI**, Nicolae KANDO***

Rezumat: Articolul prezinta un studiu al catozilor de nichel electrodepus pe otel, utilizati in electroliza apei alcaline. S-a realizat electroliza catodica a unui electrod de Ni electrodepus pe otel, intr-o solutie saturata de NaOH, in apa, pentru a testa durabilitatea electrodului. Potentialul electrodului prezinta o dependenta exponentiala de densitatea de curent. Cuvinte cheie: electroliza apei alcaline, catod, hidrogen, potential, electrodepunere, nichel, oţel.

Introducere

Evoluţia hidrogenului şi oxigenului, în electroliza apei, este importantă pentru că rezolvă problema conversiei energiei electrice în energie chimică sau în combustibil gazos (hidrogen).

Cercetarea în domeniul electrolizei apei s-a concentrat mai ales pe dezvoltarea de catalizatori care să reducă tensiunile electrice şi potenţialele de elctrod implicate în proces.

Electrozii utilizaţi pentru cele mai multe tipuri de celule electrochimice trebuie sa fie stabili, adică să fie insolubili, pentru reacţiile catodice şi anodice, reacţiile anodice constau în evoluţia oxigenului sau a clorului, iar reacţia catodică constă, de obicei, în evoluţia hidrogenului.

De aceea substratul de oţel cu acoperire de nichel este una dintre cele mai utilizate configuraţii şi se foloseşte, atât drept catod cât şi drept anod.

Electrozii de Ni / oţel sunt produşi prin acoperire electrochimică.

În acest studiu ne vom referi la evoluţia H2 şi O2 pe electrozi de oţel cu nichel electrodepus, preparaţi la diferite temperaturi.

Electrozii de nichel electrodepus pe oţel au fost preparaţi prin electrodepunere, după următoarea reţetă:

NiSO4•7H2O……….250-310 g/l NiCl2•6H2O………….50 –60 g/l H3BO3…………………40-45 g/l

Temperatura băii a fost de 25 °C, la o densitate de curent de 1A/dm2. Ca substrat a fost folosit oţel. Acesta alegere a fost făcută pentru că substratul de oţel este, de ____________________________________ * Prof.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani ** Dr.fiz. – Şcoala generală “I.G. Duca” Petroşani *** Ing. – Şcoala generală “I.G. Duca” Petroşani

obicei, rezistent la coroziune la temperaturi scăzute. Curbele de polarizare, corespunzătoare evoluţiei hidrogenului, au fost reprezentate pentru intervalele de potenţial care se utilizează în producţia industrială. Electroliza la curent constant

Electroliza catodică a electrodului studiat a fost realizată utilizând o celulă de electroliză cu trei electrozi, echipată cu un electrod de platină drept contra-electrod şi un electrod de calomel, ca electrod de referinţă. S-a folosit o soluţie de 6 mol dm−3 NaOH, atât în compartimentul de lucru cât şi în cel de referinţă. S-au măsurat potenţialul electrodului şi tensiunea celulei, în timpul electrolizei, cu aparate de măsură digitale. S-a utilizat aparatura disponibilă în comerţ: un galvanostat / potentiostat şi două multimetre digitale. Temperatura a fost determinată cu termometrul de la termostat. Rezultate şi interpretări

Electrodul de nichel electrodepus pe oţel a prezentat un potenţial scăzut de descompunere a apei (980 mV), pentru evoluţia hidrogenului, comparativ cu electrodul fără electrodepunere, după cum se vede în fig. 1. Electrodul de Ni electrodepus pe oţel este mai bun decât cel din oţel, ca eletrocatalizator pentru evoluţia hidrogenului. Ecuaţia curbei experimentale, stabilită cu un soft specializat, este dată de relaţiile de mai jos :

Model: Exponential Equation: j = A + B*exp(R0*V) (1) A = -147.50259 ±26.53951 B = 31.06804 ±11.82071 Ecuaţia de mai sus arată că densitatea de curent (j(mA/cmp), depinde exponenţial de potenţialul electrodic. Constanţa A, din ecuaţia (1), nu este conţinută în ecuaţia Butler – Volmer. Această ecuaţie a fost dedusă teoretic, dar se verifică experimental, doar pentru anumite intervale de potenţial şi de temperatură. Această constanţă, obţinută experimental, ar putea să explice dependenţa densităţii de curent de “Z” şi de concentraţia electrolitului, care nu sunt conţinute în ecuaţia teoretică.

10


Valorile potenţialului şi ale densităţii de curent sunt listate în tabelul de mai jos. După cum se vede,

potenţialul V scade cu creşterea temperaturii electrolitului.

Tabel 1

960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340-1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0 B

U (m V )

j(mA

/cm

p)

C a to d d e o te l n ich e la t

Fig.1 Curba curent-potenţial pentru elctrodul de nichel electrodepus pe oţel

Figura 1 arată potenţialul(V) unui electrod de Ni/oţel în funcţie de densitatea de curent(j) la temperatura de 293 K. Curba catodică indică o scădere de 100 mV pentru supratensiune, comparativ cu electrozii de oţel, utilizaţi în electrolizoarele industriale (Mintia). S-a testat şi durata de viaţă şi s-a constatat că electrodul studiat are şi durata de viaţă mare, în cazul utilizării în soluţii alcaline. Pentru comparaţie, redăm mai jos, ecuaţia determinată pentru un catod din oţel, care este utilizat, de obicei, în electrolizoarele comerciale:

Model: Exponential Equation: j = A + B exp(R0*V) (2) A = -104.31084 ± 12.77676 B = 20.48325 ± 5.29357 Valorile potenţialului pentru oţel sunt listate în tabelul 2. După cum se vede, valorile sunt mai mari decât cele corespunzătoare electrodului de oţel cu nichel electrodepus, la aceeaşi densitate de curent.

Tabel 2 Potenţiale şi densităţi de curent pentru electrodul de oţel

J(mA/cm2) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150

Votel(mV) 1010 1061 1104 1149 1182 1224 1258 1290 1320 1368 1540 Concluzii

Pentru electrozii cu nichel electrodepus, suprapotenţialul pentru electroliza apei s-a micşorat cu 100 mV. Un electrod de oţel acoperit cu Ni prezintă variaţii mici ale potenţialului cu timpul, în

electroliza la curent constant, care se produce în soluţii de NaOH. Deci rata de consumare (dizolvare) a electrodepunerii este relativ neglijabilă. Un sistem Ni/oţel, poate fi utilizat atât ca electrod de oxigen cât şi ca electrod de hidrogen, în scopul obţinerii de hidrogen.

J(mA/cm2) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 V20°C(mV) 1015 1045 1083 1120 1156 1184 1209 1240 1270 1296 1440 1540Votel(mV) 1010 1062 1104 1149 1182 1224 1258 1290 1320 1368 1540 1660

Votel – Votel nichelat -5 17 21 29 26 40 49 50 50 72 100 120

11


Comparativ cu electrozii de oţel, oţelul cu Ni electrodepus produce reducerea potenţialului, dacă facem comparaţia la aceeaşi densitate de curent.

Reducerea procentuală a potenţialului este între 8,6% şi 26,38%. Cantitatea de hidrogen degajat creşte cu creşterea densităţii de curent.

Tabel 3

j ( mA/cmp) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150

V(mV) 8.6% 7.9% 9.3% 10.3.% 11.75% 13.48% 14.94% 15.89% 16.97% 19.15% 24.02% De aici putem deduce că electrodul Ni/oţel, utilizat ca electrod de hidrogen reduce costurile energiei electrice şi conduce la creşterea randamentului electrolizorului şi la creşterea producţiei de hidrogen. Bibliografie 1. Otogawa R., Morimitsu M., Matsunaga M. Electrochim. Acta, 44, 1509 (1998).

2. Stănoi C. Energetica electrolizei apei Ed. Universitas, Petroşani, 2007 3. Kunihiro T., Morimitsu M., Matsunaga M. J. Appl. Electrochem, 30, 359 (2000) 4. H. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 7, 323-327 (2004) 5. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 7, 323-327 (2004)

12


REDUCEREA PREŢULUI DE COST AL DISPOZITIVELOR DE LEGAT CABLU DLC-1, 2 ŞI 3 PRIN ÎMBUNĂTĂŢIRI CONSTRUCTIVE

Iosif DUMITRESCU*, Vilhelm ITU*, Adrian SUCIU**, Rodica COSTANDOIU***, Cătălin GĂMAN****

Rezumat: Dispozitivele de legat cablu DLC-1, 2 şi 3 sunt utilizate în cadrul instalaţiilor de extracţie, pentru fixarea cablului de extracţie la vasul de extracţie (colivie) în condiţii de securitate deplină, coeficient de siguranţă mai mare de 8. În lucrare se prezintă noile soluţii constructive ale dispozitivelor, care au dus la simplificarea şi uniformizarea soluţiilor din punct de vedere tehnologic, fără a reduce coeficientului de siguranţă, cu îmbunătăţirea performanţelor tehnice şi reducerea preţului de cost al acestora. Cuvinte cheie: îmbunătăţire constructivă, dispozitiv de legat cablu Construcţia şi funcţionarea dispozitivului de legat cablu

După cum este cunoscut dispozitivele de legare a cablurilor prezintă o deosebită importanţă din punctul de vedere al securităţii extracţiei. Ele sunt supuse în timpul extracţiei la sarcini statice şi dinamice importante. În afară de acestea mai pot apare unele solicitări suplimentare sub formă de oscilaţii transversale, longitudinale sau de torsiune datorită montării defectuoase sau uzurii excesive a ghidajelor puţului.

Dispozitivele de legare se clasifică în funcţie de construcţie şi în funcţie de cablul de extracţie folosit.

Din punct de vedere al modului de reţinere a cablului dispozitivele de legare se împart în dispozitivele cu strângere şi dispozitive cu autostrângere.

Dispozitivele de legare cu autostrângere se pot realiza în multe variante constructive, din care am ales pentru lucrarea de faţă pe cele cu împănarea cablului pe o faţă (fig.1).

Dispozitivele de legat cablu metalic de secţiune rotundă cu autostrângere şi împănare pe o singură faţă DLC-1, DLC-2 şi DLC-3 sunt utilizate pentru fixarea cablurilor instalaţiilor de extracţie la vasele ____________________________________ * Conf.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani ** Dr. ing. S.C. CNH S.A. Petroşani *** Drd. ing. Universitatea din Petroşani **** Ing. S.C. Electroutil Aliser S.R.L. Aninoasa

de extracţie în condiţii de securitate deplină, coeficient de siguranţă minim de 10.

Caracteristicile constructiv – funcţionale ale dispozitivelor DLC-1, DLC-2 şi DLC-3 prezentate în figura 2 sunt redate în tabelul 1.

Fig. 1. Dispozitiv de legat cablu

cu autostrângere pe o faţă, soluţia veche

La lansarea comenzii, beneficiarul va indica (obligatoriu) diametrul cablului d, diametrul bolţului D şi grosimea tijei vasului de extracţie Gt.

Dispozitivele de legat cablu tip DLC-1, DLC-2 şi DLC-3 reprezintă varianta constructivă cu inimă împănată pe o faţă.

Cablul instalaţiei de extracţie este înfăşurat pe inima metalică, 9, care este sub formă de pană. Inima poate glisa în interiorul unei construcţii metalice formată din scuturile stânga – dreapta, reperele 4 şi 5 şi bacurile dreapta – stânga, reperele

13


3 şi 6, care sunt rigidizate între ele prin intermediul şuruburilor speciale 7 şi a ştifturilor de centrare 8. Ştifturile de centrare au rolul principal de a asigura execuţia şi poziţionarea precisă a elementelor structurii mecanice de rezistenţă în vederea realizării unghiului de împănare.

Bacul dreapta, reper 9, este prevăzut înspre interior cu un canal similar cu cel de pe inimă, care împreună asigură suprafaţa de împănare a cablului. Cele două suprafeţe de fixare a cablului sunt căptuşite cu un aliaj antifricţiune pe bază de plumb şi staniu care asigură protecţia cablului contra strivirii.

Forţa de frecare dintre cablu şi cele două suprafeţe este cu atât mai mare cu cât sarcina suspendată este mai mare. În partea inferioară scuturile sunt prevăzute cu găuri pentru bolţul principal, reper 13, care asigură legătura cu vasul de extracţie. Bolţul principal se montează în bucşa bolţului principal, 15, care are rolul de a permite utilizarea diferitelor diametre de bolţuri fără a prelucra alezajele din scuturi, diametrul de montare a bolţului obţinându-se numai prin prelucrarea interiorului acesteia. În plus, bucşa mai are rolul de a proteja ovalizarea alezajelor din scuturi în zona în care ar exista contact direct cu bolţul principal.

Fig. 2. Dispozitiv de legat cablu cu autostrângere pe o faţă, soluţia nouă

Tabel 1 Caracteristicile dispozitivelor de legat cablu DLC-1, DLC-2 şi DLC-3 Valoarea caracteristicii Nr.

crt. Denumirea caracteristicii U M DLC-1 DLC-2 DLC-3 1 Sarcina statică maximă tone (kN) 10,2 (102) 17,5 (175) 27 (270)

2 Diametrul cablului, d mm 25; 26…30 31…35

36…40; 41…45

46…50; 51…55

3 Raza de înfăşurare a cablului, R mm 173 220 270 4 Modul de fixare a cablului - cu autostrângere pe o faţă 5 Diametrul bolţului, D mm 70; 80 80; 90 90; 100; 110 6 Distanţa dintre scuturi, S mm 55 60 70

înălţime, h mm 120 160 200 lăţime, l mm 190 250 300 7 Dimensiuni scut

(în zona bolţului) grosime, s mm 20 28 35 înălţime, H mm 1141 1445 1775 lăţime, L mm 520 670 820 8 Dimensiuni de gabarit grosime, G mm 202 233 262

9 Masa fără dispozitivul de tragere cablu şi clemele pentru cablu

kg 181 376 649 9

10 Distanţa dintre axa cablului şi axa şurubului dispozitivului de strângere, B

mm 110 141 166 10

Fixarea bolţului principal se realizează, pe o

parte, cu ajutorul unei plăcuţe opritoare, 12, care împiedecă totodată şi răsucirea bolţului, iar pe partea opusă prin intermediul unei pene înclinate, 14.

Centrul alezajelor din scuturi, respectiv centrul bolţului principal de legătură coincide cu axa cablului, ceea ce se obţine prin adoptarea grosimii corespunzătoare a riglelor de ghidare 19, în funcţie

de diametrul cablului din grupa de cabluri (d ... d’), variaţia grosimii riglei este de 2 mm.

Pentru asigurarea capacităţii de fixare a cablului de extracţie în dispozitiv, ca o măsură suplimentară, s-a prevăzut fixarea capătului liber al cablului într-o pereche de cleme 1, care se sprijină pe partea superioară a scuturilor.

Prin ghidarea cablului pe inima căptuşită şi fixarea acestuia între un element elastic 16 şi un

14


ghidaj fix 17, se micşorează considerabil fenomenul de oboseală a cablului în zona intrării în dispozitiv, micşorându-se numărul de fire rupte a cablului în zona respectivă.

Deîmpănarea inimii, respectiv eliberarea cablului din carcasa dispozitivului se face prin desfacere clemelor 1 de pe cablu şi a piuliţelor de pe prezonul 18, şi împingerea inimii în jos. Distanţa pe care se deplasează inima este limitată de opritoarele dreapta şi stânga, 10 şi 20.

Eticheta, 11, serveşte pentru identificarea dispozitivului de legat cablul. Dispozitivul de tragere a cablului, figura 3, se foloseşte doar la legarea cablului în dispozitiv, pentru tragerea capătului cablului prin dispozitiv. Acesta nu trebuie comandat pentru fiecare dispozitiv, datorită interschimbabilităţii şi a utilizării doar la montarea dispozitivului.

Fig. 3. Dispozitiv de tragere a capătului cablului

În vederea montării cablului de extracţie pe

dispozitivele de legat sunt necesare, pentru fiecare tipodimensiune, dispozitivele de tragere a cablului.

Principalele părţi componente ale dispozitivelor de tragere a cablului sunt prezentate în figura 3.

Dispozitivul de tragere a cablului este format dintr-un ax filetat, 21, prevăzut cu un filet pătrat Pt 36×6, pe care se deplasează piuliţa 22. Prin intermediul unei pene paralele, 26, se realizează culisarea axului filetat în suportul 25, care la rândul lui este fixat pe dispozitivul de legat cablu, pe bacul dreapta, 3, prin intermediul şurubului de fixare M16, reper 27.

Cablul de extracţie, care trebuie să fie tras, este fixat în brăţara fixă 23 şi clema 24. Canalul de fixare a cablului se realizează în funcţie de diametrul acestuia, pe grupe de diametru.

Prin acţionarea manuală a piuliţei 22 se asigură deplasarea relativă a întregului mecanism, respectiv tragerea capătului liber al cablului instalaţiei de extracţie.

Verificarea funcţionării în gol, în ambele sensuri, a mecanismului de tragere a capătului liber al cablului, se face acţionând manual braţul unei chei fixe, asupra piuliţei de întindere, forţa de acţionare nu trebuie să depăşească 50 N.

Dispozitivele de legat cablu trebuie să asigure interschimbabilitatea elementelor componente, să nu producă deteriorarea cablului şi să nu permită alunecarea cablului. Pentru această, suprafeţele bacurilor fixe şi a inimii metalice, care vin în contact cu cablul metalic, sunt acoperite cu un strat de aliaj antifricţiune Y-Sn10/STAS 202-86, cu grosimea de 3,5 – 4 mm. De asemenea, bolţul principal şi bucşele acestuia din scuturi nu trebuie să prezinte în urma funcţionării deformări plastice în zona de contact.

Elementele principale (scut dreapta, scut stânga, bolţ principal, inimă metalică, bacuri fixe) trebuie dimensionate astfel încât la sarcina statică maximă să prezinte un coeficient de siguranţă mai mare de 10.

Gradarea diapozitivului de legare a cablului, în vederea avertizării strivirii cablului, prin aplicarea cu dalta a gradaţiilor 1, 2 şi 3 (fig. 1, vedere din B) pe inimă în dreptul muchiei de jos a opritorului, pe o parte şi pe cealaltă. Se procedează în felul următor: - gradaţia 1 se obţine prin introducerea în canalul format de inimă şi bacul din dreapta a unui calibru cu diametrul minim al gamei de cablu pentru care a fost construit dispozitivul (25; 26; 31 mm pentru DLC-1, 36; 41 mm pentru DLC-2 şi 46; 51 mm pentru DLC-3) şi strângerea inimii până la blocarea calibrului. Gradaţia 1 indică funcţionarea corespunzătoare a dispozitivului; - gradaţia 2 se obţine prin introducerea unei table cu grosimea de 3 mm între flancurile inimii şi bacului din dreapta şi strângerea inimii până la blocare.

15


Gradaţia 2 indică limita până la care se pot folosi dispozitivele; - gradaţia 3 se obţine prin aducerea în contact a inimii cu bacul din dreapta prin strângerea inimii cu ajutorul piuliţei prezonului. Gradaţia 3 arată strivirea completă a cablului şi autoblocarea dispozitivului. Îmbunătăţirea constructivă şi tehnologică a dispozitivelor

Scuturile sunt elementele de bază ale dispozitivelor de legat cablu, având atât rol constructiv, suport pentru asamblarea celorlalte repere, cât şi de rezistenţă, ele transmit forţa de tracţiune de la cablu la bolţ.

Fig. 4. Variante constructive de scuturi

În figura 4 sunt prezentate cele două soluţii constructive, iniţială, figura 4a, şi îmbunătăţită, figura 4b.

La varianta iniţială se prelucra prin frezare suprafaţa interioară a scutului pentru a realiza cele două praguri de sprijin ale bacurilor, găurile de asamblare a scuturilor aveau toleranţa H7, folosindu-se şuruburi cu rol de centrare.

La varianta nouă, pentru care s-a întocmit documentaţia de execuţie, aceste dezavantaje au fost eliminate, rezultând: - o reducere de energie, scule şi manoperă de peste şase ori, volumul de aşchiat la varianta iniţială 2148,17 cm3 şi la varianta îmbunătăţită de 357,47 cm3, pentru DLC-1; - o creştere a secţiunii transversale a gâtului scutului cu 42%, de la 190x14 mm la 190x20 mm, pentru DLC -1; - eliminarea găurilor de centrare pe corpul şurubului, atât pe bacuri cât şi pe scuturi, care au fost înlocuite cu găuri de trecere, iar centrarea realizată cu două ştifturi. Aceasta a dus la folosirea şuruburilor şi ştifturilor standardizate, respectiv, la reducerea manoperei şi a costului de prelucrare a scuturilor şi bacurilor;

- s-a mărit zona de contact dintre bacul înclinat şi scut cu 5% pentru a reduce presiunea de contact; - s-a mărit raza de racordare între gât şi corpul scutului pentru a reduce concentratorul de tensiuni, de la 100 mm la 150 mm, pentru DLC-1.

Creşterea de masă a scutului este 9,2 kg, respectiv, de 18,4 kg a dispozitivului, dar aceasta este în parte eliminata prin realizarea demontabilă a dispozitivului de tragere a capătului de cablu, cu masa de 11,4 kg, rezultând o creştere de masă a dispozitivului mai mică de 5%.

Canalul inimii metalice şi a bacurilor, folosit pentru strângerea cablului, este acoperit cu un strat de 3 – 4 mm din material antifricţiune Y-Sn10/STAS 202-86, aplicat prin turnare. Acest strat de material are rolul de a proteja firele cablului de fenomenul de strivire.

Pentru evitarea exfolierii stratului aplicat, la varianta iniţială, figura 5a, au fost realizate găuri cu diametrul de 8 mm şi adâncimea de 15 mm, înclinate la 30º, pe toată lungimea canalului. Acestea se realizează tehnologic greu, cu un volum de manoperă mare, şi nu se poate controla gradul de umplere a acestora cu metal topit.

La varianta îmbunătăţită de dispozitiv de legat cablu, aceste dezavantaje au fost eliminate, prin executarea unor găuri de străpungere a canalului pentru cablu, figura 5b.

Fig. 5. Variante constructive de inimi metalice

Acestea se realizează uşor, înainte de frezarea canalului cablului, şi permit controlarea gradului umplere cu metal topit.

În figura 6a este prezentată construcţia bacului înclinat, care nu avea strat de protecţie la strivirea cablului. Blocarea suplimentară a capătului cablului se face cu un şurub şi două bride, una fixă şi cealaltă mobilă, această soluţie poate duce la o solicitare de forfecare a cablului în zona respectivă.

De asemenea, blocarea suplimentară a capătului cablului se poate realiza doar după demontarea dispozitivului de tragere a capătului cablului. S-a redus braţul pârghiei de strângere a inimii metalice între bacuri şi a fost transferată pe

16


bacul vertical, pentru a îmbunătăţi modul de lucru al dispozitivului.

Fig. 6. Variante constructive de bacuri

În figura 6b este prezentată noua soluţie a bacului înclinat, mult mai simplă şi mai uşor de realizat, iar în figura 6c noua soluţie a bacului vertical.

O îmbunătăţire esenţială adusă dispozitivelor de legat cablu la vasele instalaţiilor de extracţie este realizarea separată a dispozitivului de tras capătul cablului, figura 7, în vederea strângerii cablului în dispozitiv.

Fig. 7. Dispozitiv de tras capătul cablului

La vechile dispozitive de legat cablu, acest dispozitiv era inclus în construcţia dispozitivului pe bacul înclinat (figura 6a). La noile dispozitive, acesta are o construcţie separată, putându-se utiliza acelaşi dispozitiv de tras capătul cablului la toate dispozitivele DLC, doar prin schimbarea bacurilor de prindere a cablului.

Concluzii

La întocmirea noii documentaţii de execuţie a dispozitivelor de legat cablu DLC-1, 2 şi 3 s-au adus următoarele îmbunătăţiri: - reducerea suprafeţei de prelucrare a scuturilor; - utilizarea şuruburilor standardizate şi a câte două ştifturi de centrare pentru poziţionarea bacului în raport cu scuturile, eliminându-se găurile şi şuruburile speciale cu corp de centrare; - utilizarea unui dispozitiv pentru tragerea capătului cablului independent de construcţia dispozitivului; - prevederea căptuşelii de protecţie, din aliaj antifricţiune, pe toată lungimea canalului inimii metalice, şi simplificarea soluţiei de fixare a acesteia pe canalul pentru cablu; - braţul suport pentru împănarea inimii s-a luat de pe bacul înclinat şi s-a ataşat la bacul vertical, în acest mod s-a simplificat soluţia constructivă, s-a redus lungimea braţului şi momentul de solicitare a bacului; - montarea bucşelor în găurile pentru bolţuri, ce duce la adaptarea rapidă a dispozitivului la tija vasului de extracţie şi la creşterea duratei de utilizare a dispozitivului prin înlocuirea bucşei cu gaura ovalizată de către bolţ; - îmbunătăţirea soluţiei de fixare a bolţului faţă de scuturi, prin utilizarea fixării duble, la ambele capete.

Toate aceste îmbunătăţirii au dus la reducerea manoperei şi a costului de fabricare cu cel puţin 20% şi la îmbunătăţirea caracteristicilor tehnice ale dispozitivelor de legat cablu. Bibliografie

1. Dumitrescu I., Jula D., Kovacs I., Cozma B. Numerical analysis of cable connecting devices for one side wedged winding engine vessels, KOD 2008, Proceedings, The Fifth International Symposium about forming and design in mechanical engineering, ISBN 978-86-7892-104-9, pag. 195-198.

2. Dumitrescu I., Jula D., Itu V., ş.a. Execuţie desene pentru piesele de schimb vase de extracţie (DLC, tije, arcuri, DEC şi DLCLE), Contract 193/2008ASL cu C.N.H. Petroşani.

3. Magyari A. Instalaţii mecanice miniere, Editura Tehnică, Bucureşti, 1990.

4. Muscă G. Proiectarea asistată folosind Solid Edge, Editura Junimea, Iaşi, 2006.

5. * * * Solid Edge Software v.19, Academic license ADA Computers Bucureşti.

17


AJUTORUL DE STAT PENTRU INDUSTRIA EXTRACTIVĂ A HUILEI

Cristian-Marcel FELEA*

Rezumat După 31 decembrie 2010, Regulamentul CE 1407/23 iulie 2002, prin care se reglementau formele de ajutor de stat pentru industria europeană a huilei, a expirat. Comisia Europeană a analizat, prin mecanismele instituţionale specifice, fie oportunitatea de prelungire a prevederilor respectivului regulament, fie abordarea unei noi paradigme, în sensul trecerii de la norma sectorială de aplicare la norma generală privind ajutorul de stat. S-a optat, cu acordul majorităţii statelor membre şi conform cu Tratatul de Formare al Uniunii Europene (TFUE) pentru a doua abordare. Definirea problemei la momentul dezbaterii

Negocierile la nivel instituţional, între reprezentanţii ţărilor membre, au avut la bază următoarele teme de discuţie propuse de funcţionarii Comisiei: (i) posibilitatea de a închide minele de huilă în mai multe din statele membre, (ii) impactul social al închiderii minelor, (iii) impactul pe care închiderea minelor îl are asupra mediului înconjurător şi (iv) impactul asupra securităţii aprovizionării cu energie.

Cu privire la prima temă de discuţie, datele Comisiei Europene au arătat că în cazul Germaniei, României şi Spaniei, costurile de producţie pentru extragerea huilei sunt foarte ridicate în comparaţie cu preţurile (curente sau estimate) ale pieţei. Ceva mai bună, dar cu o estimare negativă pentru viitor, este situaţia industriei din Ungaria şi Slovacia. Din aceste considerente, accesarea de ajutor de stat după cadrul general valabil nu putea fi o opţiune viabilă. Tema cea mai sensibilă de discuţie a fost aceea a impactului social, mai ales că într-o ţară importantă cum este Germania între patronate şi Guvern, pe de o parte, respectiv sindicate, pe de altă parte, există un pact social care cuprinde angajamente de păstrare a locurilor de muncă până în anul 2018. Datele existente la nivelul Comisiei au indicat în 2010 că, în absenţa ajutorului de stat, 42.000 de locuri de muncă (în ţări cum este Germania, România, Spania şi, posibil, Ungaria) pot fi ameninţate direct şi alte 55.000 indirect. Dacă impactul acestor cifre, la nivelul Uniunii, nu este semnificativ, în schimb la nivelul regiunilor miniere el este dramatic. Şi, mai important, crearea unor fluxuri mari de muncitori disponibilizaţi pe aceste ____________________________________ * Dr. ing. – Universitatea din Petroşani

pieţe regionale ar fi imposibil de reabsorbit în alte sectoare de activitate. Pentru persoanele afectate ar exista riscul unui şomaj de lungă durată.

Impactul închiderii minelor asupra mediului nu este considerat unul semnificativ. Acesta presupune totuşi reabilitarea perimeterelor care se închid, ceea ce aduce după sine o problemă de finanţare ce trebuie luată în considerare în economia rezolvării problemelor.

În ceea ce priveşte securitatea aprovizionării cu huilă energetică, analiza a plecat de la contribuţia restrânsă a huilei subvenţionate la sursele globale de energie ale Uniunii. La nivelul anului 2010, cărbunele subvenţionat s-a aflat la originea producerii a 5,1% din electricitatea Uniunii. Mai mult, dacă se ia în considerare doar tipul de ajutor de stat pentru acoperirea pierderilor de producţie (cazul României), atunci cifra se reduce la 1,4% pe ansamblul Uniunii, cu observaţia că pentru unele din ţările membre în cauză cifra este evident mai mare. Huila poate fi însă importată dintr-o diversitate de ţări exportatoare, iar în ultimii ani oferta de huilă de pe piaţă a crescut în medie cu 7% anual. În aceste circumstanţe, nu s-a considerat că un instrument suplimentar de ajutor de stat este util în vederea abordării problemelor privind securitatea aprovizionării. Concret, Comisia consideră că poate fi mai eficientă constituirea de stocuri de cărbune importat, decât subvenţionarea producţiei.

Comisia şi-a redefinit, în dezbateri, obiectivul strategic ca fiind legat de favorizarea, pentru viitor, a trecerii către o politică energetică bazată pe surse regenerabile şi o utilizare durabilă din punctul de vedere al protecţiei mediului pentru sursele indigene de energie.

În acelaşi timp, evaluarea scenariilor posibile pentru abordarea celei mai bune politici în privinţa acordării de ajutor de stat după anul 2010 către industria extractivă a huilei a avut la bază minimizarea eventualelor efecte negative legate de închiderea minelor, ca rezultat al eliminării subvenţiilor, în special în ceea ce priveşte aspectele sociale şi de mediu, reducându-se în acelaşi timp cât mai mult posibil efectul de denaturare a concurenţei pe piaţa internă a Uniunii. Scenarii avute în vedere

Prima opţiune a fost aceea a accesării de ajutor de stat în acord cu normele general valabile în Uniune. Acest scenariu, ca opţiune zero, nu a fost

18


serios luat în considerare, conform cu obiectivele de politică prezentate anterior. Acest scenariu ar fi presupus că nu se va mai adopta un nou instrument legislativ specific, după expirarea Regulamentului 1407/2002.

Al doilea scenariu a avut la bază articolul 107, alin. (3), lit. (c) din TFUE, în baza căruia statele membre ar fi trebuit să acorde ajutoare pentru închiderea activităţii, limitate la: ajutor pentru acoperirea plăţilor pentru angajaţii ce sunt disponibilizaţi sau pentru pensionări anticipate, a costurilor de recalificare a forţei de muncă şi pentru consilierea celor rămaşi fără locuri de muncă. Mai puteau fi sprijinite costurile aferente finalizării contractelor ce s-ar afla în derulare (până la maxim 6 luni) şi cele pentru ecologizarea perimetrelor în care a avut loc exploatarea care se închide. Aceste tipuri de ajutoare ar fi putut fi acordate cel mult până la finele anului 2013.

În al treilea scenariu, pe baza articolului 107, alin. (3), lit. (e) din TFUE de această dată, se avea în vedere că statele membre ar putea acorda ajutor de stat pentru operarea minelor în mod degresiv, cu scopul acoperirii pierderilor aferente producţiei curente, atâta timp cât este însoţit de lichidarea activităţilor într-un plan bine definit de închidere; cu precizarea că ajutorul s-ar referi doar la minele existente şi aflate în funcţiune la data solicitării. Schema ar fi presupus o eliminare treptată a ajutorului de operare pe o perioadă de maximum 10 ani, cu o degresivitate de 10% pe an.

Scenariul patru este bazat tot pe articolul 107, alin. (3), lit. (e) din TFUE, ceea ce ar permite statelor membre să acorde ajutor pentru costurile sociale (avantajele sociale pentru angajaţi şi foştii angajaţi) şi de mediu legate de închiderea minelor de cărbune, precum şi de reabilitarea fostelor exploatări miniere.

Opţiunea a cincea, este o combinare a opţiunilor 3 şi 4. Astfel, se putea permite statelor membre să acorde ajutor atât pentru închidere (ca în cazul opţiunii 3), cât şi ajutor pentru acoperirea costurilor considerate excepţionale, ca în cazul scenariului 4.

Scenariul al şaselea luat în calcul era de prelungire cu încă 10 ani a Regulamentului nr. 1407/2002. Pentru acest scenariu s-au pronunţat toate statele membre interesate.

Din analiza comparativă a scenariilor prezentate anterior, în timpul dezbaterilor au fost subliniate următoarele aspecte: a) Opţiunea a doua era cea pe care Comisia Europeană a propus-o şi a susţinut-o ca opţiune de bază. Această opţiune ar oferi posibilitatea de a se trece la închiderea organizată a minelor şi chiar de a prelungi termenul de închidere pentru a finaliza contractele pe care mina le avea deja încheiate şi ar

trebui să le onoreze. În această variantă se pot organiza cât mai corect şi aspectele sociale ale închiderii minei, prin acordarea unui sprijin direct lucrătorilor afectaţi, iar finanţarea datoriilor de mediu în perioada de închidere ar fi asigurată. b) Opţiunea a treia nu ar salva locurile de muncă permanente, dar poate permite o reducere treptată a forţei de muncă. Ajutorul pentru producţie permite reducerea producţiei unei mine necompetitive, corelând-o cu minimizarea tendinţei de a face concedieri directe, pe măsură ce s-ar putea interveni cu măsuri de asistare prin redistribuirea forţei de muncă spre alte activităţi. Închiderea treptată facilitează şi implementarea măsurilor preventive în vederea protejării mediului şi a peisajului de suprafaţă. c) Opţiunea a patra permite statelor membre să garanteze finanţarea datoriilor de natură socială, a celor de mediu, în contextul închiderii treptrate a minelor de cărbune. Un astfel de ajutor poate permite companiei miniere să nu realoce resursele de la alte exploatări miniere potenţial competitive către minele ce ar urma să fie închise. d) Opţiunea cinci ia în considerare faptul că, în cazul închiderii treptate a unei mine, este probabil să fie necesară acordarea unui ajutor şi pentru datoriile preluate, concomitent cu alte tipuri de ajutor, în principal cel de operare. e) Se remarcă, în cazul scenariului şase că, şi după alţi zece ani de prelungire, la noua dată de exprirare a regulamentului este foarte probabil ca aceleaşi întreprinderi miniere să fie tot necompetitive. Deci nu s-ar rezolva, ci doar s-ar amâna problema existentă la finele anului 2010.

În baza acestei analize, opţiunile cadru 2 şi 5 au fost considerate cele care trebuie luate în calcul şi elaborate. Diferenţa calitativă între cele două, este dată de importanţa pe care, prin decizie politică, o are rezolvarea prioritară a aspectelor sociale, ori a celor economice. S-a optat pentru prioritatea aspectelor sociale. Prevederi ale deciziei 2010/787/U.E.

În preambulul deciziei, sunt precizate principiile care au stat la baza elaborării acestui text legal, respectiv: a) ajutorul pentru industria cărbunelui este compatibil cu buna funcţionare a pieţei interne europene în contextul închiderii categorice a minelor necompetitive, cu stricta respectare a Deciziei; b) ajutorul acoperă costurile legate de cărbunele destinat producerii de energie electrică, electrică şi termică în cogenerare, a producerii de cocs, dacă aceste utilizări se realizează în Uniune.

Potrivit articolului 3 al Deciziei – privind ajutorul pentru închidere, o întreprindere minieră se

19


califică pentru a primi ajutor destinat să acopere pierderile aferente producţiei curente, iar acest ajutor este compatibil cu piaţa comună, dacă: - exploatarea în cauză este parte a unui plan de închidere a cărui termen limită nu depăşeşte data de 31 octombrie 2018; - unităţile de producţie în cauză trebuie închise definitiv în conformitate cu planul de închidere; - ajutorul notificat nu trebuie să depăşească diferenţa dintre costurile de producţie planificate şi veniturile planificate pentru un an carbonifer. Ajutorul plătit efectiv va face obiectul unei regularizări anuale, pe baza costurilor şi veniturilor reale, până cel târziu la finele anului de producţie de cărbune care urmează anului pentru care a fost acordat ajutorul; - cuantumul ajutorului pe tonă echivalent cărbune nu trebuie să conducă la un preţ pentru cărbunele Uniunii la punctul de utilizare inferior celui pentru cărbunele de o calitate similară din terţe ţări; - unităţile de producţie trebuie să fi desfăşurat activitate la data de 31 decembrie 2009; - cuantumul total al ajutorului de stat acordat de un stat membru trebuie să aibă o tendinţă descrescătoare: 25% până la finele anului 2013; 40% până la finele anului 2014; 60% până la finele anului 2016 şi nu mai puţin de 75% la finele anului 2017, raportat la anul 2011; - ajutorul de stat pentru închidere destinat industriei cărbunelui al unui stat membru nu trebuie să depăşească, pentru oricare an ulterior anului 2010, cuantumul ajutorului de stat acordat şi autorizat pentru respectivul stat în anul 2010 prin Regulamentul CE 1407/2002; - statul membru trebuie să elaboreze un plan de măsuri care să vizeze diminuarea impactului asupra mediului al producţiei de cărbune de la unităţile de producţie cărora le este acordat ajutorul de stat.

Potrivit articolului 4 al Deciziei – ajutorul de stat pentru acoperirea costurilor excepţionale – este acordat întreprinderilor care desfăşoară sau au desfăşurat o activitate legată de producţia de cărbune, pentru a le permite să acopere costurile care rezultă sau care au rezultat din închiderea unităţilor de cărbune, dar care nu sunt legate de producţia curentă.

Acest ajutor poate fi utilizat pentru a acoperi: (i) costurile suportate numai de întreprinderile care sunt în proces de închidere sau care au închis unităţile de producţie, inclusiv unităţile ce beneficiază de ajutor pentru închidere şi (ii) costurile suportate de mai multe întreprinderi.

Din prima categorie de costuri fac, printre altele, parte: - costul plăţilor cu asigurarea socială care rezultă în urma pensionării anticipate a muncitorilor;

- alte cheltuieli excepţionale pentru muncitorii care-şi pierd locul de muncă; - costul suportat de întreprinderi pentru reconversia profesională a muncitorilor; - livrarea gratuită a unei cantităţi de cărbune muncitorilor care îşi pierd locul de muncă şi muncitorilor care beneficiază de acest drept anterior închiderii, sau acordarea echivalentului în bani; - activităţi suplimentare pentru asigurarea securităţii în subteran, în urma închiderii unităţilor de producţie; - pagube cauzate de activitatea minieră, cu condiţia ca acestea să fi fost provocate de unităţile de producţie supuse închiderii; - toate costurile justificate corespunzător legate de reabilitarea fostelor exploatări miniere; - costuri reziduale pentru acoperirea asigurărilor de sănătate ale foştilor mineri; - costuri legate de anularea sau modificarea contractelor în derulare, pentru o valoare maximă de 6 luni de producţie; - costuri pentru recultivarea suprafeţelor.

Din a doua categorie de costuri fac parte creşteri de contribuţii pentru acoperirea costurilor cu asigurările sociale, rezultate din diminuarea numărului de cotizanţi şi cheltuieli cu diverse utilităţi. Aspecte de esenţă în evaluarea noului cadrul legal

Contribuţia restrânsă a cărbunelui subvenţionat la sursele globale de energie nu mai justifică menţinerea ajutorului de stat în vederea asigurării furnizării energiei la nivelul Uniunii Europene. Politicile Uniunii de încurajare a surselor de energie regenerabile şi a economiei sigure, durabilă, cu emisii scăzute de carbon, nu ar mai justifica sprijinul acordat minelor de cărbune necompetitive, pe termen nedeterminat.

Totuşi, statele membre ale Uniunii Europene ar trebui să fie în măsură să atenueze consecinţele sociale şi regionale ale închiderii minelor care, în absenţa ajutorului de stat – acordat conform cu Regulamentul 1407/2002, devin necompetitive.

Pentru ca aplicarea noului cadru legal în materia ajutorului de stat pentru industria carboniferă să nu afecteze concurenţa pe piaţa internă a Uniunii, acesta trebuie acordat în mod degresiv şi să se limiteze strict la unităţile planificate pentru închidere în mod irevocabil.

Întreprinderile ar trebui, de asemenea, să fie eligibile pentru ajutor în vederea acoperirii acelor costuri care, în conformitate cu practicile obişnuite, nu afectează în mod direct costul de producţie. Acest ajutor este menit să acopere costurile excepţionale care apar ca urmare a închiderii unităţilor de producţie. Pentru a evita ca ajutorul de

20


acest tip să aducă avantaje nejustificate întreprinderilor care închid doar o parte a exploatării, acestea ar trebui să aibă conturi separate pentru fiecare din unităţile de producţie componente.

În cazul României, noul cadru de măsuri de politică economică afectează industria carboniferă cantonată în Valea Jiului. Până la mijlocul anului 2011, Ministerul Economiei, Comerţului şi Mediului de Afaceri va trebui să notifice Comisiei Europene forma de ajutoru de stat pentru care s-a optat.

Aşa cum rezultă din consideraţiile expuse anterior, de ajutor de stat vor beneficia acele unităţi de producţie ce sunt parte a unui plan de închidere până la finele anului 2018. Cel puţin la nivel oficial, intenţiile sunt acelea de a cuprinde într-un astfel de plan, pentru închidere, trei din cele şapte exploatări de huilă din Compania Naţională a Huilei SA, urmând ca celelalte patru exploatări să îşi continue activitatea economică fără a beneficia de o suplimentare a veniturilor prin alocaţii de la bugetul de stat.

Rezultă de aici că implicaţiile noului cadru de acordare a ajutorului de stat induce ajustări de substanţă, întrucât:

- minele care se închid vor trebui să îşi identifice o piaţă, fără a face concurenţă celorlalte exploatări care îşi continuă activitatea fără ajutor de stat; - minele care îşi continuă activitatea vor trebui să îşi eficientizeze foarte mult activitatea, astfel încât să poată, în mod previzibil şi durabil, să-şi acopere costurile cu propriile venituri; - vor apare diferenţe legate de gestionarea resursei umane şi a cele materiale între cele două categorii de mine, în timpul funcţionării până la închidere a celor ce fac parte dintr-un plan de închidere. De asemenea, intensitatea utilizării factorilor de producţie va fi diferită, deci nu se recomandă gestionarea celor două viitoare categorii de producători de huilă de către aceeaşi entitate economică. Bibliografie 1. http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ. do?uri=OJ:L:2010:336:0024:0029:RO:PDF

2. Felea C.M. Notificarea ajutorului de stat în industria cărbunelui Revista Minelor, nr. 2 (212)/2009

21


INFLUENŢA EXPLOATĂRII ŞI PREPARĂRII ZĂCĂMINTELOR DE MINEREURI METALIFERE DIN ROMÂNIA ASUPRA

FACTORILOR DE MEDIU

Dumitru FODOR*, Ioan Călin VEDINAŞ**

Abstract: În România s-a desfăşurat în trecut, o susţinută activitatea de exploatare şi valorificare a zăcămintelor de minereuri metalifere, care a afectat profund toţi factori de mediu şi în special a ocupat şi degradat mari suprafeţe de teren, prin amplasarea haldelor de steril, a iazurilor de decantare şi prin construirea instalaţiilor industriale necesare procesului de producţie.

În lucrare se prezintă influenţa persistentă în timp a industriei miniere asupra teritorului prin construirea celor peste 350 de halde şi 60 de iazuri de decantare.

Sunt arătate observaţiile şi măsurătorile făcute în timp pe teren şi lucrările efectuate pentru mărirea stabilităţii şi siguranţei acestor mari depozite de steril.

În partea finală a lucrării sunt prezentate preocupările pentru realizarea unui sistem complex naţional de monitorizare a factorilor de mediu ce vizează în primul rând iazurile de decantare şi haldele de steril din zonele miniere. ____________________________________ * Prof.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani ** Dr. ing. – Universitatea din Petroşani

Generalităţi

În subsolul României se găsesc multiple şi variate zăcăminte de substanţe minerale utile, exemplificate prin: combustibili minerali, minereuri de metale feroase, neferoase şi rare, minereuri de metale preţioase, substanţe nemetalifere, etc.

Extragerea şi prelucrarea materiilor prime minerale solide pe teritoriul României sunt cunoscute din timpuri stăvechi. Industria minieră din România a cunoscut până în ultimul deceniu al secolului al XX-lea o dezvoltare continuă şi accentuată, când a intrat într-o perioadă de profunde transformări şi adaptări pentru tranziţia la economia de piaţă.

Cele mai importante zăcăminte de minereuri metalifere din România se situiază în lanţuri muntoase din nordul şi din vestul ţării, ce se extind din Bucovina prin Maramureş şi Munţii Apuseni până la Moldova Nouă.

Până în anul 1990 în aceste regiuni au funcţionat peste 40 de exploatări minere şi aproape 30 de uzine de preparare, care au asigurat extragerea şi prelucrarea a peste 50 milioane tone anual de minereuri auro-argintifere, cuprifere, polimetalice şi de fier- mangan, (figura nr.1).

Fig. 1 Harta zăcămintelor feroase şi neferoase din România

22


Condiţiile de zăcământ din România sunt, în general grele şi foarte grele, exemplificate prin: tectonică complicată, rezerve mici şi medii, strate şi filoane subţiri, conţinuturi utile reduse, adâncime mare de exploatare, condiţii hidrogeologice dificile, etc. În astfel de zăcăminte nu s-au putut organiza şi dezvolta decât exploatări miniere de mică anvergură, dar cu o influenţă puternică şi uşor sesizabilă asupra factorilor de mediu.

În activitatea de valorificare a zăcămintelor de minereuri din România, atât la deschidere, pregătire şi exploatare, cât şi la prelucrare sau folosit metode şi tehnologii clasice.

În scopul opririi scurgerii fondurilor bugetare şi reabilitării economice a producţiei miniere încă din ultimul deceniu al secolului al XX-lea, Guvernul României a hotărât accelerarea procesului de închidere a unor mine la care rezervele geologice erau în epuizare, aveau condiţii geologo-miniere grele şi foarte grele şi costurile de exploatare erau foarte ridicate. Până în prezent au fost închise sau trecute în conservare un mare număr din minele şi sectoarele de activitate, din Bucovina, Maramureş, Munţii Apuseni şi Banat, care aveau condiţii geologice grele, rezerve limitate şi costuri de operare ridicate

Procesul de analiză, conservare şi închidere a minelor din România continuă şi până la urmă vor rămâne în activitate numai unităţile profitabile.

Industria minieră şi mediu

Industria minieră exercită asupra mediului înconjurător influenţe deosebite care se manifestă în toate fazele tehnologice ale proceselor de exploatare şi preparare. Indiferent de metoda aplicată pentru valorificarea unui zăcământ sunt necesare numeroase operaţii fizice şi chimice în

urma cărora rezultă, pe de o parte, substanţa minerală utilă, iar pe de altă parte, materia sterilă extrasă din zăcământ odată cu utilul.

Substanţele minerale utile propriu-zise conţinute în minereurile metalifere brute existente în România, reprezintă aproape întodeauna procente reduse faţă de masa totală a minereurilor extrase din zăcământ şi ca urmare cantităţile de reziduri solide rezultate în urma extragerii şi prelucrării minereului sunt mari şi foarte mari, la aceasta adăugându-se şi cantităţile mari de roci sterile rezultate din lucrările miniere subterane de deschidere şi pregătire, dar în special cele rezultate din descoperta zăcămintelor exploatate în cariere.

Pe lângă rezidurile solide, industria minieră generează şi deşeuri lichide şi gazoase în cantităţi impresionante, care le depăşesc de mai multe ori pe cele solide.

Indiferent de starea lor de agregare, aceste reziduri afectează toate componentele mediului înconjurător: sol, aer, apă, floră şi faună.

Poluarea aerului şi apelor din zonele miniere

De-a lungul întregii perioade în care activitatea minieră din România s-a desfăşurat în mod susţinut şi la nivele înalte de producţie, preocupările pentru protecţia aerului şi apelor au fost permanente, în sensul că s-au studiat sursele de poluare şi gradul de afectare a aerului şi apelor, luându-se măsuri adecvate şi necesare pentru păstrarea lor în parametrii normali, conform legislaţiei existente în ţară şi pe plan european.

În tot timpul exploatării şi după, s-a remarcat caracterul foarte acid, gradul mare de mineralizare şi conţinutul foarte ridicat de ionii metalici Cu, Zn, Fe al apelor de mină (figura nr.2).

Fig. 2 Ape acide provenite din vechile exploatări miniere subterane

De asemenea volumele impresionante de ape uzate provenite de la uznele de preparare au fost impurificate cu ioni metalici, cianuri simple şi complexe, fenoli, xantaţi, reactivi simpli, uleiuri, etc. au avut o acţiune deosebit de toxică asupra mediului natural, ceea ce a determinat degradări

evolutive importante ale receptorilor naturali şi ale zonelor învecinate.

Se impune să subliniem că de-a lungul timpului, la unităţile miniere din Munţii Apuseni şi Munţii Maramureşului, s-au produs o serie de accidente tehnice, adevărate catastrofe ecologice, care au dus la infestarea apelor râurilor din zonă şi

23


la contaminarea unor mari suprafeţe de teren cu reziduri miniere, cu conţinut de metale grele şi de diferite substanţe toxice, cu efecte devastatoare asupra florei şi faun ei din regiune. Se pot menţiona accidentele care au avut loc cu ani în urmă la uzinele de preparare şi iazurile de decantare de la Baia de Arieş, Gura-Barza, Certej, Baia Mare şi Baia Borşa.

Accidentul cel mai mediatizat produs în ultimii ani a fost cel de la S.C. Aurul S.A. Baia Mare, când în 30 ianuarie 2000, a apărut o ruptură de 25 m în digul de amorsare a iazului ,,Aurul” şi s-a scurs timp de 10 ore cca. 100.000 m3 apă cu suspensii şi ciauri. Ca urmare au fost contaminate cu cianură râurile din zonă, o mare suprafaţă de teren agricol şi pânza de apă freatică pe o mare suprafaţă în aval de locul accidentului.

Acesta a fost un accident cu urmări foarte grave pentru flora şi fauna râurilor din zonă şi cu implicaţii internaţionale foarte serioase. Ocuparea şi degradarea teritoriului

Industria minieră ocupă şi degradează mari suprafeţe de teren pentru activitatea de exploatare, pentru haldarea sterilului şi depozitarea subtanţelor minerale utile, precum şi pentru amplasarea construcţiilor şi instalaţiilor industriale necesare

procesului de producţie. În acelaşi timp industria minieră produce modificări de relief şi strămutâri de obiective industriale şi aşezări omeneşti din zonele de exploatare. În multe situaţii se ajunge la degradarea terenului prin fenomene de subsidenţă şi de alunecare a haldelor şi iazurilor de decantare, cu producerea unor accidente cu consecinţe grave şi foarte grave.

Imediat după anul 2000, în România, s-a trecut la inventarierea tuturor suprafeţelor ocupate, în diverse scopuri de industria minieră. Cu această ocazie s-a acordat o atenţie deosebită haldelor şi iazurilor de decantare existente în sistem şi stării tehnice a acestora.

Concluzia la care s-a ajuns a fost aceia că exploatarea şi valorificarea zăcămintelor de minereu metalifer din România, a ocupat o suprafaţă de câteva mii de hectare. Aproximativ jumătate din această suprafaţă serveşte la realizarea proceselor de producţie, iar cealaltă jumătate este afectată de depozitarea produselor reziduale, halde de steril şi iazuri de decantare.

Mineritul metalifer a avut în administrare peste 350 halde cu un volum de roci înmagazinate de circa 150 milioane m3 şi care ocupă o suprafaţă totală de peste 600 ha, (tabel nr.1).

Tabel 1. Situaţia haldelor de steril, aferente mineritului metalifer din România

Nr. crt.

Denumirea unităţilor Filiala/Exploatarea

minieră

Număr Exploatări

Miniere

Nr. halde

Volum înmagazinat

(Mil m3)

Suprafaţa ocupată

(ha)

Starea tehnică şi

stabilitatea

1. C.N.C.A.F,,MINVEST” S.A. DEVA 21 179 106,74 417,25 Bună ÷

Scăzută 1.1 Filiala Devamin 9 78 14,55 143,69 1.2 Filiala Avram Iancu 4 32 57,01 146,20 1.3 Filiala Bălan 1 15 1,66 25,63 1.4 Filiala Moldova Nouă 1 7 32,05 84,07 1.5 Alte unităţi miniere 6 47 1,45 17,66

Bună ÷ Scăzută

2. C.N. ,,REMIN” BAIA MARE 19 197 48,10 263,80 Bună ÷

Scăzută 2.1 Sucursala Baia Mare 8 60 2,94 39,69 Bună 2.2 Sucursala Baia Borşa 4 35 1,31 25,37 Scăzută 2.3 Sucursala Rodna 3 23 0,50 13,73 Scăzută 2.4 Sucursala Bucovina 4 79 43,35 185,01 Scăzută TOTAL COMPANII MINIERE 40 376 154,84 681,05 Bună ÷

Scăzută

Cele mai mari halde de steril existente în mineritul metalifer din România sunt cele de la

Roşia – Poieni, Moldova Nouă, Roşia Montană, Teliuc-Ghelar, Brad şi Leşul Ursului, (figura nr.3).

24


Fig. 3 Vedere de ansamblu a haldelor Cuibarului şi Geamăna de la

E.M. Roşia Poieni – Filiala ,,Avram Iancu“

Toate aceste halde au înălţimi şi unghiuri de taluz mari şi foarte mari, care necesită, supraveghere şi întreţinere continuă, deoarece în multe dintre ele s-au instalat procese erozionale şi sunt afectate de alunecări superficiale şi de adâncime. Ca urmare, aceste halde şi multe altele sunt ţinute sub observaţie permanentă cu atât mai mult cu cât în zona lor de influenţă, se află drumuri, construcţii industriale şi chiar locuinţe care pot fi afectate în cazul producerii unor alunecări.

O serie de halde din zonele minere sau constituit ca surse de materiale de construcţii sau chiar pentru recuperarea unor componenţi utili.

Din analizele făcute pe teren, rezultă că peste 100 de halde reclamă cheltuieli mari de capital,

pentru executarea lucrărilor de nivelare, stabilizare şi recultivare, astfel încât acestea să poată fi redate în circuitul economic al regiunii în care sunt amplasate.

Până în prezent, sub îndrumarea Ministerului Economiei Naţionale şi a Agenţiei Naţionale pentru Resurse Minerale, la cele mai importante halde s-au făcut lucrări de nivelare, retaluzare şi realizarea unor berme intermediare pentru a diminua unghiurile generale de taluz şi s-a trecut la fixarea şi stabilizarea acestora prin acoperirea cu pământ vegetal şi înierbarea sau împădurirea bermelor şi taluzurilor, (figura nr.4).

Fig.4 Amenajrea taluzului unei halde de steril:

a) înainte de lucrările refacere; b) după lucrările de refacere

Ca urmare a prelucrării minereurilor metalifere în uzinele de preparare, s-au construit 64 de iazuri de decantare, care ocupă o suprafaţă de cca. 1.350

ha, înmagazinând aproape 360 mil.m3 material steril, tabel nr.2

.

25


Tabel 2. Situaţia iazurilor de decantare, aferente mineritului metalifer din România Nr. crt.

Denumirea unităţilor Filiala/Exploatarea minieră

Număr Exploatări

Miniere

Nr. total

iazuri

Suprafaţa ocupată

(ha)

Capacitatea înmagazinată

(Mil. t) 1. C.N.C.A.F. ,,MINVEST” S.A. DEVA 21 37 855,34 228,70

1.1 Filiala Devamin 9 18 351,27 64,801.2 Filiala Avram Iancu 4 11 272,02 59,061.3 Filiala Bălan 1 5 111,05 34,511.4 Filiala Moldova Nouă 1 3 121,00 70,331.5 Alte unităţi miniere 6 - - -2. C.N. ,,REMIN” S.A. BAIA MARE 19 27 495,99 128,25

2.1 Sucursala Baia Mare 8 11 338,30 77,022.2 Sucursala Baia Borşa 4 6 63,57 18,272.3 Sucursala Rodna 3 2 19,30 6,202.4 Sucursala Bucovina 4 8 74,82 26,74

TOTAL COMPANII MINIERE 40 64 1.351,33 356,95

Iazurile de decantare sunt amplasate de regulă, în luncile râurilor din zonele de exploatare, au o înălţime de 20-30 m şi chiar mai mult şi ocupă suprafeţele de zeci de hectare fiecare. În morfologia zonală, aceste construcţii inginereşti apar ca forme pozitive de relief ce contrastează cu planitatea reliefului de luncă.

Volumele anuale de steril de flotaţie, ce au fost depozitate în iazurile de decantare în ultimii ani, au depăşit frecvent 5 milioane tone, iar volumul apei deversate în emisar se ridica anual la circa 60 milioane m3.

Iazurile de la Moldova – Noua, Bălan, Deva, Roşia-Poieni, Roşia-Montană, Certej, Baia-Mare, Cavnic, Baia-Sprie, Baia-Borşa şi Tarniţa sunt cele

mai mari din sistem, înmagazinând cantităţi impresionante de steril şi ca urmare, reclamă o supraveghere deosebită şi efectuarea unor lucrări permanente de întreţinere.

Preocupări pentru îmbunătăţirea monitorizării factorilor de mediu în zonele miniere

După accidentul de la Baia Mare din anul 2000, în România, s-a trecut la cercetarea pe teren a fiecărui iaz în parte, inspectându-se starea tehnică a acestora, evidenţiindu-se toate fenomenele geominiere negative cum ar fi: tasări, refulări, eroziuni, sufozii, exfiltraţii şi alunecări superficiale şi de profunzime, (figura nr.4).

Fig. 4 Fenomene înregistrate la iazurile de decantare: a) – exfiltraţii; b) – eroziuni; c) –ravenări; d) – alunecare limitată în spaţiu; e) – alunecare de ansamblu; f) – ravinări, ruperi şi alunecări.

26


În vederea efectuării studiilor de stabilitate s-au efectuat cercetări geotehnice asupra materialului din terenul de bază, din digul de înălţare şi de pe plaja iazului. În acest scop s-au colectat probe după după diferite aliniamente pentru care s-au determinat proprietăţile fizico-mecanice. De asemenea s-a determinat permeabilitatea materialului depus în iaz şi capacitatea de cedare a apei de către acesta.

Pentru fiecare iaz s-au făcut calcule de stabilitate după diverse profile care prezentau cele mai multe fenomene negative. Metodele folosite au fost cele care au avut la baza suprafaţe de alunecare curbe şi plane. Rezultatele analizelor de stabilitate au atestat o rezervă de stabilitate suficient de mare pentru fiecare iaz în parte.

La baza observaţiilor făcute pe teren sub coordonarea Ministerului Economiei şi Agenţiei Naţionale pentru Resurse Minerale s-a trecut la

închiderea şi punerea în siguranţă a iazurilor de decantare care prezentau fenomene geominiere negative şi a celor cu grad ridicat de risc.

Cele mai frecvente lucrări realizate au constat în: realizarea unor canale de gardă pentru captarea torenţilor şi blocarea curenţilor de apă de pe versanţi, cu descărcare în văile de la bază iazurilor, aceste lucrări au fost necesare pentru a mări stabilitatea în cazul precipităţiilor abundente ce pot dece la ruperea barajelor, antrenarea de steril şi afectarea gravă a zonelor din aval; reprofilarea digurilor principale cu realizarea unei pante generale de 1:3 pentru asigurarea stabilităţii iazurilor; supraînălţarea digurilor principale cu proiectarea unor berme de siguranţă; reprofilarea taluzurilor afectate de exfiltraţii şi antrenări de material; acoperirea cu pământ vegetal şi apoi înierbarea sau înpădurirea taluzurilor reprofilate şi a plajelor iazurilor, (figura nr.5).

Fig. 5 Barajul şi coronamentul iazului Herepeia de la E.M. Deva - Filiala ,,Devamin”

a) înainte de efectuarea lucrărilor; b) după finalizarea lucrărilor de refacere a mediului.

În continuare s-a trecut la monitorizarea permanentă a iazurilor prin urmărirea nivelului hidrostatic al apei din corpul iazurilor cu ajutorul piezometrelor şi prin urmărirea deformaţiilor cu ajutorul reperelor topografice, care pot evidenţia continuu sectoarele în care deformaţiile au un caracter activ sau sunt în curs de stabilizare. De asemenea la iazurile ce prezintă un nivel ridicat de risc au fost montate şi funcţionează mini-staţii meteo .

Procesul de conservare şi de închidere a minelor şi carierelor nerentabile, în România a

început din anul 1998, desfăşurându-se în conformitate cu Legea Minelor. Strategia industriei miniere cu privire la activitatea de închidere şi ecologizare a obiectivelor miniere, prevede ca dată finală anul 2020, fapt pentru care a programat un buget necesar de circa 80 milioane euro anual.

În România, dinamica fondurilor de investiţii programate/realizate, pentru execuţia lucrărilor de închidere şi ecologizare, pe ultimii trei ani, arată conform graficului din figura nr.6.

Fig. 6 Dinamica fondurilor de investiţii programate şi realizate pentru execuţia lucrărilor

de închidere şi ecologizare a obiectivelor miniere din România

27


Lucrările pentru punerea în siguranţă a iazurilor de decantare şi a haldelor de steril au fost executate de către companii româneşti, la termenele şi costurile stabilite, cu respectarea procedurilor internaţionale şi cu finaţare principlă de la Guvernul României în parteneriat pentru unele lucrări, cu Banca Mondială (BIRD) şi Banca Europeană pentru Reconstrucţie şi Dezvoltare (BERD).

În prezent, în România, se implementează un Sistem Naţional Informatizat de Monitorizare, care are drept scop să înbunătăţească strategia de

monitorizare a stabilităţii iazurilor de decantare şi haldelor de steril, precum şi a tuturor factorilor de mediu din fostele şi actualele zone miniere ale ţării. Acest sistem în prima etapă va monitoriza doar iazurile şi haldele considerate cu potenţial de risc mărit de instabilitate, din cadrul companiilor miniere C.N. ,,Remin” Baia-Mare şi C.N.C.A.F. ,,Minvest” Deva, după care treptat se va extinde la toate obiectivele miniere ale acestor companii cât şi la celelalte companii miniere existente pe teritoriul României, (figura nr.7).

Fig. 6 Zonarea obiectivelor miniere pe bazine hidrografice

Până în prezent au fost realizate următoarele etape din cadrul proiectului întocmit în acest scop:

Identificarea obiectivelor miniere şi clasificarea lor funcţie de nivelul de risc al fiecăruia, nivel ce poate să conducă în unele cazuri la accidente miniere cu repercusiuni grave asupra mediului, până chiar şi la dezastre ecologice.

Zonarea, obiectivelor miniere cu potenţial de risc, pe bazinele hidrografice ale râurilor Siret şi Tisa.

Înfinţarea a patru laboratoare centrale de analiză a parametrilor de mediu şi anume în bazinul hidrografic al Siretului la Vatra Dornei (jud. Suceava), iar în bazinul hidrografic al Mureşului la Abrud (jud. Alba), Baia-Mare (jud.Maramureş) şi Deva (jud. Hunedoara).

Punerea în funcţiune a Sistemului de Monitorizare din bazinul Siretului la S.C. ,,MINBUCOVINA” S.A.- Staţia Mestecăniş (Jud. Suceava), care realizează monitorizarea factorilor

de mediu ce vizează iazurile de decantare din zona de nord a ţării. Sunt deja monitorizate iazurile de la Târnicioara, Dumitrelu, Pârâul Cailor, Valea Straja, Poarta Veche şi Dealu Negru, urmând ca pe parcurs să fie integrate în acest sistem şi alte iazuri şi halde de steril din zonă.

La fiecare iaz se urmăreşte şi se transmite la Staţia Mestecăniş următorii parametrii: cantitatea apei infiltrate; nivelul pânzei freatice; mişcarea crestei barajului; presiunea apei din pori; cantitatea şi calitatea scurgerilor din baraj; activitatea seismică; condiţii meteorologice (ploaie, temperatură, viteza şi direcţia vântului, umiditate); etc.

Cuplarea la Sistemul Naţional Informatizat de Monitorizare, a sistemului de monitorizare zonal din cadrul S.C. ,,MINBUCOVINA” S.A.- Staţia Mestecăniş (Jud.Suceava), se va face imediat ce SNIM va deveni operativ.

28


Până la sfârşitul anului 2011 se va implementa şi Sistemul Informatizat de Monitorizare cu acoperire în bazinul Tisei, ce va cuprinde trei centre de colectare a datelor, în oraşele: Baia-Mare, Abrud (sediul Cuprumin) şi Deva.

Fiecare centru va avea în componenţă, următoarele:

Un laborator fix în care se vor trata şi analiza probele culese de pe teren, se va face evaluarea rezultatelor analizelor şi se vor introduce în softul de monitorizare - alertare.

Un laborator mobil care va realiza prelevarea probelor de aer, apă şi sol de la fiecare iaz şi haldă de steril. Probele vor fi conservate şi transportate pentru analize complexe la laboratorul fix. Laboratorul mobil va fi în măsură să realizeze şi o serie de analize la faţa locului şi de asemenea va culege datele de la aparatele şi dispozitivele montate pe teren şi care nu sunt sub acoperirea G.S.M. (Global System for Mobile Communications).

Un sistem geografic informaţional central G.I.S. (Geographic Information System) care va colecta, înregistra, stoca şi transmite datele în Sistemul Naţional Informatizat de Monitorizare, la unitatea centrală naţională din cadrul Agenţiei Naţionale pentru Resurse Minerale şi tuturor instituţiilor guvernamentale interesate, în scopul atenţionării şi alertării acestora pentru a obţine reacţii rapide de răspuns în caz de urgenţă.

Într-o etapă viitoare se doreşte extinderea Sistemului Naţional Informatizat de Monitorizare în toate regiunile ţării, astfel încât să realizeze, acoperirea şi monitorizarea tuturor obiectivelor miniere de pe teritoriul României, astfel încât toate unităţile miniere care au în componenţă obiective ce pot genera posibile accidente ecologice cu

repercursiuni grave asupra mediului, vor fi obligate să intre sub monitorizare naţională.

Rezultatele monitorizării efectuate la diferite obiective miniere, vor putea fi accesate prin internet de către orice persoană sau instituţie interesantă, din ţară sau străinătate, fapt pentru care aceste informaţii vor deveni publice.

Bibliografie

1. Fodor D., Lazăr M. Urmările pe termen lung ale industriei miniere din România şi gestionarea acestora” – Revista Minelor nr.11, pag.7-13 / 2004

2. Fodor D., Lazăr M., Rotunjanu I. ,,Probleme de stabilitate a haldelor de steril şi a iazurilor de decantare” – Revista Minelor nr.5, pag.23-28 / 2004

3. Găbudeanu B. ,,Iazuri de decantare din industria minieră puse în siguranţă pentru prima dată în România prin Agenţia Naţională pentru Resurse Minerale – Unitatea de Management a Proiectului” – Revista Minelor nr.1, pag.2-6 / 2009

4. Fodor D., Baican G. ,,Impactul industriei miniere asupra mediului” – Editura Infomin Deva, pag.200-238 / 2001.

5. Pătruţi Al., Sardan D. ,,Reducerea riscului de producere a accidentelor miniere în bazinul Tisei.” – prezentare simpozion Sibiu, iunie 2009.

6. Ferenczi C. ,,Echipamente pentru reţeaua de monitorizare a depozitelor de deşeuri, provenite din industria extractivă” – prezentare simpozion Sibiu, iunie 2009.

29


CONSIDERAŢII PRIVIND RECUPERAREA INFRASTRUCTURII

TEHNICO-PRODUCTIVE DIN CADRUL BAZINULUI MINIER VALEA JIULUI

Drd. ing. Cristian Constantin MUZURAN*

Existing technological infrastructure in the Jiu’s Valley mining basin has a high degree of physical wear and maintain its operation requires significant rehabilitation works to change the design component and an upgrade to increase performance or imposing as its abandonment recovery depending on the circumstances and their economic value when the decision to close the mine. Introducere Recuperarea infrastructurii miniere din cadrul bazinului minier Valea Jiului se constituie ca un proces îndelungat şi nu de multe ori cu multe riscuri şi dificultăţi în desfăşurarea sa. Implementarea sa impune un efort material şi logistic de durată şi bine organizat din partea factorilor de decizie pentru ca rezultatul final să fie cuantificabil şi eficient. Această operaţie de recuperare a infrastructurii miniere se desfăşoară etapizat şi coordonat având în vedere faptul că procesul de închidere a minelor este un proces sinuos cu multe implicaţii financiare mari, iar recuperarea infrastructurii tehnico-productive se constituie în multe cazuri ca un obiectiv central pentru a nu greva compania minieră de costuri suplimentare privind dotarea cu echipament/utilaj minier, iar refolosirea acestora să se facă în condiţii de maximă siguranţă. Metodologia de lucru folosită în cadrul lucrărilor de recuperare a infrastructurii tehnico-productive miniere Pentru a putea operaţionaliza decizia de recuperare a infrastructurii miniere existente se impune a se realiza o analiză premergătoare a acesteia, urmată de stabilirea ordinii şi priorităţii de efectuare a recuperării în funcţie de posibilităţile existente la acel moment precum şi stabilirea cadrului logic privind modalităţile de recuperare, urmată în final de posibilităţile de valorificare a acesteia, respectiv de reutilizare a infrastructurii recuperate. ____________________________________ *Drd. ing. Universitatea din Petroşani

Transpunerea acestei metodologii se va face conform unui plan de recuperare în baza unui program de recuperare aprobat şi întocmit de fiecare unitate minieră şi adaptat condiţiilor geo-miniere, respectiv a infrastructurii tehnico-productive existente. Pentru finalizarea acest proces sunt necesare echipe specializate în acest tip de operaţii, conform proiectului tehnic de închidere, respectiv al graficelor de execuţie pentru acest tip de operaţii. Echipamentele care se vor recupera sunt următoarele: • Instalaţii de transport (transportoare cu raclete, transportoare cu bandă,, trolii, şină de cale ferată, instalaţii monorai, reductoare, motoare electrice); • Combine(combine de înaintare şi/sau abataj); • Elemente de susţinere(stâlpi hidraulici, grinzi G.S.A, armături SG-23); • Elemente de aeraj (ventilatoare, tuburi de aeraj, conducte de aer flanşate cu mufă); • Instalaţii de evacuare a apei (pompe de apă, pompe de înaltă presiune) şi accesoriile acestora (conducte şi furtunuri de agent hidraulic); • Instalaţii de alimentare şi transport cu energie electrică (transformatoare, cofrete, cabluri electrice); • Instalaţii de telecomunicaţii şi control (telefoane, cablu telegrizumetric, captoare metan). Programul de recuperare are la bază un plan de recuperare complex şi nu de puţine ori greoi, fiind executat cu personal de specialitate bine stabilit din punct de vedere al efectivului, dar şi al calificărilor necesare operaţiilor de recuperare respectând programul de funcţionare al minei. Planul de recuperare a infrastructurii tehnico-productive cuprinde următoarele activităţi: • localizarea pe planurile topografice ale minei (zonei, arealului) a echipamentelor / utilajelor existente la data analizei Pe planurile topografice se va stabili limita perimetrului minier, respectiv se vor identifica zonele/arearele, care se vor închide. În cadrul lucrărilor miniere există abataje, lucrări de pregătire, suitori, galerii, plane înclinate, puţuri verticale (oarbe sau la zi) precum şi lucrări miniere speciale (camere, casa pompelor, nişe, depozite materiale).

30


• identificarea şi inventarierea infrastructurii prin întocmirea unei liste Lista va conţine toate detaliile privind starea fizico-tehnică a echipamentelor potenţial recuperabile din zona/arealul propusă a fi închisă. Informaţiile obţinute în cadrul acestui proces vor fi folosite în vederea selectării echipamentelor/utilajelor posibile de recuperat. Componentelor fiecărui echipament li se atribuie un număr de identificare pentru a i se putea face o descriere detaliată, care va cuprinde: localizarea, estimarea stării tehnice şi fizice şi vârsta echipamentului, fiind însoţită şi de fotografii pentru a putea fi astfel identificat şi determinat. • stabilirea scorului Corespunzător fiecărui echipament/utilaj existent în zona/arealul propusă a fi închisă, în funcţie de caracteristicile şi ponderile acestuia, se stabileşte un scor, care este un proces complex şi necesită o analiză pe baza unor criterii pe care le-am propus în număr de 11, bine definite cărora li se atribuie ponderi de importanţă de la 4% la 14% în decizia de recuperare (tabel nr.1). La rândul lor criteriile se identifică prin câte cinci caracteristici cărora li se acordă nota de bonitate exprimată calitativ şi cantitativ. Scorul se calculează cu relaţia:

11

i i1

S P N= ⋅∑ (1)

unde: iP - ponderea criteriului i; iN - nota de bonitate acordată caracteristicii criteriului i. În cele ce urmează voi prezinta propunerea proprie privind decizia de recuperare, care se deosebeşte de cea cunoscută şi aplicată în prezent, aşa cum este indicată în Manualul de închidere a minelor, prin: - modificări şi adăugări în cadrul criteriilor; - redistribuiri ale ponderilor; - detaliererea caracteristicilor; - evaluarea calitativă şi cantitativă a caracteristicilor prin acordarea notelor de bonitate; - decizia privind recuperarea echipamentelor, utilajelor pe baza unei grile în funcţie de scor. • decizia şi selectarea echipamentului sau componentelor care se pot recupera

În cadrul acestei etape există cazuri care necesită o recuperare obligatorie, impusă de legislaţie, mediu, siguranţă . În aceste situaţii se ia decizia de recuperare fără a mai fi nevoie de o evaluare a echipamentului. În celelalte cazuri este necesară o selectare a echipamentului pe baza scorului stabilit pentru recuperarea echipamentului. Propun următoarea clasificare a soluţiilor privind modul de recuperare a infrastructurii tehnico-

economice la o mină supusă procesului de închidere.

Dacă:

S = [1÷2] – abandonare totală (100%); (2)

S = (2÷3] - abandonare parţială (peste 50%); (3)

S = (3÷4] - recuperare parţială (peste 50%); (4)

S = (4÷5] - recuperare totală (100%). (5) Decizia de valorificare a infrastructurii recuperate Având în vedere faptul că la stabilirea deciziei privind recuperarea echipamentului se iau în calcul doar aspectele economice cu referire la recuperarea echipamentului, acest proces necesită o abordare globală utilizând o serie de criterii de analiză care să cuprindă şi alte aspecte de natură tehnică cum ar fi cele de tipul referitoare la utilitatea, reutilizarea sau înlocuirea infrastructurii recuperate în cadrul altor subunităţi miniere conform destinaţiei sale iniţiale

Planul de recuperare în finalitatea sa va presupune valorificarea sau reutilizarea infrastructurii tehnico-productive recuperate. Modalităţile de valorificare în cazul echipamentelor ce pot fi recuperate vor fi date de următoarele posibilităţii: • Valorificare prin vânzare; • Redistribuire în cadrul subunităţilor miniere; • Abandonare totală sau parţială în subteran luând ca reper costul recuperării. Costurile estimative ale recuperării echipamentului comparativ cu valoarea ce rezultă din valorificarea lor reprezintă unul dintre indicatorii care determină prezentarea de propuneri pentru a le recupera sau abandona. Decizia definitivă de recuperare a infrastructurii tehnico-productive în cazul unei mine ce urmează a se închide este sistematizată în fig. nr.1 şi 2. În funcţie de cheltuielile de recuperare (Cr), veniturile din vânzare (Vv ) şi de cheltuielile de achiziţie (Ca ) se pot lua următoarele decizii privind valorificarea infrastructurii tehnico-productive ce se recuperează din subteran:

a. Vânzarea infrastructurii recuperate dacă:

Vv >Cr >Ca (6)

Valorificarea poate fi făcută , fie prin vânzare la alte unităţi economice (altele decât cele aparţinătoare CNH SA Petroşani),fie ca şi deşeuri de fier vechi.

31


b. Refolosirea infrastructurii recuperate dacă:

Vv<Cr<Ca , (7)

Având în vedere faptul că nu toate echipamentele se pot refolosi, ci numai o parte, datorită stării tehnice şi a uzurii mari, costul total al recuperării este mai mic decât preţul de achiziţie.

În cazul anumitor echipamente la care recuperarea este obligatorie (cazul echipamentelor electrice de genul motoarelor electrice, ventilatoare, trolii sau cabluri electrice) acestea se vor putea refolosi. c. Abandonarea infrastructurii recuperate dacă: Cr >Vv >Ca (8)

Tab. 1 Model de analiză a stării unui echipament / utilaj

Nota de bonitate, Ni Nr. crt.

Criteriul

Ponderea criteriului,

Pi

Caracteristica criteriului Calitativ Cantitativ

SCOR

S=∑ ⋅11

1ii NP

Inaccesibil foarte nefavorabil 1 Greu accesibil nefavorabil 2 Dificil bun 3 Accesibil favorabil 4

1.

ACCESIBILITATEA

P1=10%=0,10

Uşor accesibil foarte favorabil 5

Inutilizabil foarte nefavorabil 1 Foarte vechi nefavorabil 2 Vechi bun 3 Utilizabil favorabil 4

2.

STAREA TEHNICĂ ŞI FIZICĂ

P2=12%=0,12

Nou foarte favorabil 5

Distrus foarte nefavorabil 1 Degradat parţial nefavorabil 2 Înlocuit piese principale bun 3 Înlocuit piese secundare favorabil 4

3.

ISTORICUL ÎNTREŢINERII

P3=4%=0,04

Nu au avut loc intervenţii foarte favorabil 5

5-10 km foarte nefavorabil 1 3-5 km nefavorabil 2 1-3 km bun 3 0,5-1 km favorabil 4

4.

DISTANŢA DE TRANSPORT PÂNĂ LA SUPRAFAŢĂ

P4=6%=0,06

0-0,5 km foarte favorabil 5

Netransportabil foarte nefavorabil 1 Transport special nefavorabil 2 Transport mecanic bun 3 Transport monorai favorabil 4

5.

DIFICULTATEA TRANSPORTĂRII

P5=6%=0,06

Transport manual foarte favorabil 5

Degradat 100% foarte nefavorabil 1 Degradat 75% nefavorabil 2 Degradat 50% bun 3 Degradat 25 % favorabil 4

6.

GRADUL DE DEGRADARE

P6=7%=0,07


Pericol de surpare foarte nefavorabil 1 Pericol de explozii nefavorabil 2 Pericol de incendiu bun 3 Pericol de inundaţii favorabil 4

7.

SIGURANŢA ZONEI

P7=9%=0,09

Zonă nepericuloasă foarte favorabil 5

Amortizat 100%/Casat foarte nefavorabil 1 Amortizat 75% nefavorabil 2 Amortizat 50% bun 3 Amortizat 25% favorabil 4

8.

VALOAREA REZIDUALĂ

P8=14%=0,14


Nevandabil foarte nefavorabil 1 Vandabilitate 25 % nefavorabil 2 Vandabilitate 50 % bun 3 Vandabilitate 75% favorabil 4

9.

GRADUL DE VANDABILITATE

P9=14%=0,14

Total vandabil foarte favorabil 5

Nu se poate refolosi Foarte nefavorabil 1 Refolosire 25% nefavorabil 2 Refolosire 50 % bun 3 Refolosire 75% favorabil 4

10.

GRADUL DE REFOLOSIRE

P10=14%=0,14

Refolosire totală foarte favorabil 5

Constrângeri totale foarte nefavorabil 1 Constrângeri semnificative

nefavorabil 2

Constrângeri punctuale bun 3 Constrângeri nesemnificative

favorabil 4

11.

CONSTRÂNGERI LEGISLATIVE ŞI DE MEDIU

P11=4%=0,04

Fără constrângeri foarte favorabil 5

32


Fig. 1 Analiza deciziei privind recuperarea utilajelor/echipamentelor

VALOARE REALĂ LA MOMENTUL RECUPERĂRII

Vr

Se adaugă cheltuielile de transport (Ct) şi cele cu manopera

(Cm) de la locul recuperări până la locul de depozitare

COST FINAL RECUPERARE

Cr =Ct+Cm+Vr

DECIZIE/SELECŢIE PRIVIND RECUPERAREA SAU ABANDONAREA

DISTRIBUIRE SUBUNITĂŢI CNH-

SA PETROŞANI Cr<Ca

VÂNZARE Dezmembrare Dezechipare

Valorificare ca deşeuri metalice sau piese second-hand

Cr<Vv

ABANDONARE în subteran

Cr>Vv

VALOARE DE INTRARE

Vi

33


Fig. 2 Sistematizarea deciziei privind recuperarea infrastructurii subterane

ÎNCEPEREA ACŢIUNII DE RECUPERARE A INFRASTRUCTURII SUBTERANE

ÎNTOCMIREA PLANULUI DE RECUPERARE ŞI A MĂSURILOR TEHNICO -ORGANIZATORICE

EMITEREA HOTĂRÂRII DE GUVERN PRIVIND ÎNCHIDEREA UNITĂŢII MINIERE

Organizare logistică şi managerială privind recuperarea infrastructurii miniere în cadrul unităţii miniere

Selecţia infrastructurii

miniere care se va recupera

Depozitarea subterană temporară şi reutilizarea acestora în alte zone în funcţie de starea lor fizică

Recuperarea totala sau parţială, evacuarea la suprafaţă,treptat, depozitarea lor în scopul dezansamblării modificării,adaptării,reutilizării şi transferului la alte subunităţi miniere sau a vanzări ca deseuri

Abandonarea lor totală sau parţială în subteran

Recuperare obligatorie Materiale periculoase

Situaţia mijloacelor fixe recuperate din zonele programate pentru îndiguire şi conservare Raport lunar/anual

Situaţia mijloacelor fixe recuperate din zonele programate pentru îndiguire şi conservare din subteran şi depozitate la suprafaţă Raport final lunar/anual

Situaţia mijloacelor fixe recuperate din zonele programate pentru îndiguire şi conservare rămase în subteran pe traseele de evacuare comune Raport lunar/anual

Situaţia mijloacelor fixe recuperate din zonele programate pentru îndiguire şi conservare transferate la alte sectoare şi refolosite Raport lunar/anual

Unitate minieră în curs sau propusă pentru închidere / lichidare

ÎNTOCMIREA BAZEI DE DATE PRIVIND RECUPERAREA INFRASTRUCTURII SUBTERANE

STUDIU COMPARATIV PRIVIND RECUPERAREA

INFRASTRUCTURII SUBTERANE

MONITORIZAREA DECIZIILOR DE RECUPERARE A INFRASTRUCTURII SUBTERANE

34


Măsuri tehnico - organizatorice privind evacuarea, transportul şi depozitarea echipamentelor / utilajelor ce se vor recupera Toate zonele minei vor fi supuse acţiunii de recuperare, importantă fiind ordinea în care se va face aceasta. Ea se va realiza etapizat, gradual, respectând o anumită prioritate în derularea procedurii. Măsurile care se vor întreprinde în cadrul acţiunii de recuperare sunt următoarele: • Stabilirea ordinii de prioritate şi a consumatorilor vitali ce trebuie menţinuţi în funcţie; • Scoaterea din funcţie a echipamentului tehnic; • Scoaterea din funcţiune a staţiilor de alimentare şi a punctelor de distribuţie a energiei electrice; • Scoaterea din funcţie a staţiilor de alimentare cu energie electrică corelate cu programul de închidere; • Dezafectarea instalaţiilor de forţă de 6 kV; • Dezafectarea instalaţilor de 0,4 kV; • Ordinea de demontare a utilajelor şi instalaţilor electromecanice precum şi a materialelor ce se vor recupera pentru valorificare; • Demontarea , utilajelor şi echipamentelor recuperate; • Demontarea utilajelor tehnologice utilizate în procesul de închidere a legăturilor cu suprafaţa; • Execuţia lucrărilor de demontare a instalaţilor electromecanice; • Lucrări necesare pentru recuperarea materialelor , utilajelor , instalaţiilor, mijloacelor de transport şi a celorlalte mijloace fixe ce pot fi recuperate; • Recuperarea şi transportul echipamentului tehnologic; • Încărcarea –descărcarea şi transportul utilajelor şi instalaţilor electromecanice; • Stocarea şi evaluarea stării tehnice a echipamentelor recuperate.

Concluzii Recuperarea infrastructurii subterane se face prin raportări lunare, trimestriale, semestriale şi anuale de către subunităţile subordonate CNH-SA Petroşani către aceasta, în funcţie de posibilităţile de recuperare existente. Având în vedere faptul că acţiunea de recuperare este un program complex care presupune multe costuri, în special cu munca vie, pentru a veni în sprijinul subunităţilor miniere în lucrare se propune o metodologie clară şi relativ simplă pentru a lua o decizie corectă şi eficientă privind recuperarea infrastructurii tehnico-productive din minele supuse procesului de lichidare. Propunerea făcută se consideră utilă celor interesaţi şi implicaţi în acest proces. Bibliografie 1. Băican, G. Strategia Industriei miniere, componentă de bază a dezvoltări durabile-Revista Minelor nr.6/2003

2. Georgescu, M. ş.a. Analiza stării industriei miniere din România şi impactul ei asupra mediului înconjurător, Petroşani 2007

3. Mironovici, R., Turdean, N. Consideraţii privind Manualul de Închidere a minelor, Revista Minelor nr 10-11/2001

4. Muzuran, C.C. Soluţii priviind recuperarea infrastructurii tehnico-productive a minelor din Bazinul Minier Valea Jiului aflate în lichidare. Teză de doctorat, Universitatea din Petroşani, 2010

5. Muzuran, C.C. Criterii privind recuperarea utilajelor / echipamentelor subterane din cadrul unităţilor miniere aflate în curs de închidere sau lichidare. Lucrările ştiinţifice ale simpozionului internaţional “UNIVERSITARIA SIMPRO 2010” Secţiunea Inginerie Minieră, Petroşani, 2010.

6. *** Manualul de închidere a minelor, Revista Minelor nr.10-11/2001

35


UNELE CONSIDERAŢII PRIVIND ALEGEREA PRECIZIEI ŞI A AJUSTAJELOR ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

Nicolae NIŢESCU*, Aron POANTA*,

Anne-Marie NIŢESCU**, Dan DOJCSAR**, Bogdan SOCHIRCĂ***

În lucrare sunt prezentate câteva aspecte

privind alegerea preciziei, a grupei de ajustaj şi a felului optim de ajustaj utilizat în construcţia de maşini.

Proiectarea felului optim de ajustaj cu joc, cu strângere şi intermediare în baza alezaj unitar utilizând formula „cheie” aferentă şi tabelul întocmit, însoţită de exemple numerice de calcul constituie bazele stabilirii algoritmilor şi programelor aferente realizării proiectării asistate. Cuvinte cheie: „cheia” de utilizare, nomogramă, corecţie Generalităţi

Având o foarte mare importanţă din punct de vedere tehnic, funcţional şi economic, precizia de execuţie a pieselor şi ajustajele se stabilesc şi se aleg în concordanţă cu posibilităţile de realizare, cu economicitatea prelucrării şi asamblării, cu parametri funcţionali impuşi de condiţiile de funcţionare şi exploatare şi cu alţi factori. Tipurile de date iniţiale cunoscute de proiectanţi în cadrul activităţii de proiectare când trebuie să prescrie un ajustaj, sunt: a) se cunosc numai aspecte calitative nu şi cantitative despre ajustaj; b) se cunosc date cantitative despre ajustaje, adică se impun caracteristicile extreme admisibile ale asamblării (Jmax şi Jmin; Smax şi Smin). În cazul situaţiei de la subpunctul a, se parcurg următoarele etape: - se alege sistemul de ajustaj din cele două: sistemul de ajustaj (asamblare) cu alezaj unitar şi sistemul de ajustaj cu arbore unitar. Se recomandă sistemul de ajustaj cu alezaj unitar. Se alege sistemul de ajustaj cu arbore unitar la asamblările la care tehnologic sau funcţional se impune acest sistem; - se stabileşte grupa de ajustaj (caracterul ajustajului): joc, intermediar (de trecere, incert) sau strângere; ____________________________________ * Prof.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani ** Şef lucrări univ. dr .ing. – Universitatea din Petroşani *** Asist.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani

- se alege ajustajul propriu-zis ţinând cont de recomandările din literatura de specialitate (tratate, articole, norme, instrucţiuni etc.), reglementări din standarde, experienţa proprie a proiectantului, dar şi de particularităţile ansamblului respectiv (regimul de temperatură, mărimea şi caracterul solicitărilor, viteză, lungimea asamblării, numărul de reazeme ). La alegerea treptelor de precizie ale arborelui şi alezajului se ţine cont şi de principiul „ cât mai brut posibil, însă cu toleranţă atât de mică cât este necesar funcţional!" [2]. - se determină abaterile. În cazul situaţiei de la subpunctul b, când se pune problema în legătură cu stabilirea felului optim de ajustaj, alegerea preciziei şi a ajustajului în sine nu mai este chiar aşa de simplă. Clasele de precizie (calităţile ISO) la ajustaje, se aleg în funcţie de factorii [1]: • calitatea asamblării - ce constă în proprietatea pieselor asamblate de a fi cât mai apropiate ca mărime de valoarea nominală precizată în desen; • gradul de determinare funcţional al asamblării care este cu atât mai mare cu cât toleranţa caracteristicii de asamblare este mai mică şi invers. Alegerea clasei de precizie

Proiectantul, la alegerea clasei de precizie va proceda astfel: I. Din condiţiile funcţionale se impune o variaţie a caracteristicii de asamblare (joc sau strângere), proprie unei anumite asamblări, între limite aproximative, ca în exemplul: J = (0,009...0,052) mm, de unde toleranţa jocului: mJJT minmaxj μ=−=−= 43952 (1) Din formula generală a toleranţei: iCxITxT ⋅== (2) se determină numărul unităţii de toleranţă Cxaj, pentru ajustajul cu joc considerat şi pentru dimensiunea nominală 35 mm ce aparţine intervalului (30...40]mm cu mmm 35=φ :

2853285069143

0010450 3

≅==

=φ+φ

==

,,

,,

Ti

TCx

mm

jjaj

(3)

36


pentru fiecare din piesele perechi ale ajustajului;

14228

2==ajCx

.

Din tabelul numărului unităţilor de toleranţă în funcţie de calităţile IT (tabelul 1) rezultă pentru ajustajul din exemplul analizat clasa 6 (care are (C6 = 10) şi clasa 7 (C7 = 16)).

Odată stabilite clasele de precizie 7, respectiv

6: 67Nφ (s-a ţinut seama de faptul că arborele se

poate prelucra mai precis la acelaşi cost). C6 + C7 = 10 + 16 ≅ 28

Aceste calităţi vor satisface valorile toleranţelor pieselor care urmează să asigure jocul impus de condiţiile funcţionale.

Tabel 1

II. Cel de-al doilea criteriu este prezentat în detaliu în [1], [3], [4], [5], [6], [7]. Determinarea felului de ajustaj din grupa cu joc

În tabelul 2. [1], [5] este redată condiţia pe care o posedă ajustajele cu joc într-una din ipostazele de „ viaţă" a lor, începând cu montarea, continuând cu funcţionarea şi sfârşind cu demontarea celor două piese conjugate.

Se pune problema în legătură cu stabilirea felului de ajustaj.

Din punct de vedere al funcţionării, din tabelul 2, ajustajele urmează să se comporte: A) Fix (F*), familia II, III şi IV, când felul de ajustaj „ se alege" astfel încât asamblarea are nevoie de mobilitate numai la montare. Pentru păstrarea preciziei maxime se va alege ajustajul H/h. Se pot alege chiar şi ajustajele intermediare H/js sau H/j care sunt practic ajustaje cu joc. Pentru asamblări lipsite de importanţă, pentru a beneficia de comoditate la montare se pot lua şi ajustaje mai dinspre începutul alfabetului (H/g; H/e ...). B) Ajustajul funcţionează mobil (M). în această situaţie, proiectantul poate fi pus în faţa a două cazuri: B.l. Se oferă drept date ale problemei parametrii tehnico-funcţionali; B.2. Se impun caracteristicile extreme admisibile ale asamblării (Jmax şi Jmin).

În cazul Bl, se calculează jocul mediu (Jmed), adică jocul optim funcţional, după care alcătuirea şi utilizarea tabelului 3 în baza alezaj unitar din [1],

(în [5] este prezentată alcătuirea şi utilizarea tabelului în baza arbore unitar) se vor determina:

1. felul ajustajului; 2. clasa de precizie pentru fiecare piesă în parte; 3. abaterile admisibile la dimensiune, ale celor

două piese; 4. caracteristicile de asamblare; 5. corecţia ajustajului la prelucrare; 6. corecţia ajustajului prin analiză termică

funcţională; 7. corecţia ajustajului la rugozitate; 8. transformarea din ajustaj în sistem cu alezaj

unitar (H/ ) în ajustaj cu sistem de arbore unitar (/h), dacă este cazul;

9. înscrierea abaterilor pe desen. B.1.1. Jocul mediu dacă asamblarea este pe forma

cilindrică: 60

nv ⋅φ⋅π= (m/s)

în care n este turaţia în rotaţii/minut (pentru care Ф se ia în m), se calculează cu [3]:

460

80 n,J med⋅φ⋅π

⋅φ=ψ⋅φ= (μm) (4)

În figura (1) este redat tabelul 3 care în chenarul I conţine toleranţele fundamentale IT01, IT0; IT1...IT16 cu preciziile 01, 0, 1, 2, ...16 (recomandate pentru mecanică fină de la 1 până la 10, iar pentru precizii în construcţia de maşini în general de la 5 până la 12). În chenarul II sunt redate abaterile fundamentale ale arborilor, pentru cele 11 feluri de ajustaje cu joc, şi anume 8 ajustaje notate cu o singură literă ( de la a la h) şi 3 ajustaje notate cu două litere (cd, ef,fg).

Valorile es≤0, din chenarul II vor fi în valoare absolută, egale cu jocul minim al ajustajului respectiv: es = Jmin.

În subsolul tabelului 3 este reprezentată în figura 1, amplasarea câmpurilor de toleranţă în funcţie de felul ajustajului şi semnificaţia valorilor cuprinse în chenarele I şi II.

Dacă: ITxTT dD == se stabileşte „cheia” de utilizare a abacei (din tab.3) [1]:

(5)

În [5] este stabilită „cheia” de utilizare a abacei alcătuită în scopul determinării ajustajelor cu joc în baza arbore unitar.

37


Tabel 2 Familiile de ajustaje cu joc

Familia Modul în care se comportă piesele conjugate: Exemple de utilizare

Montare Funcţionare Demontare

I-a M M M lagăre, ghidaje, articulaţii mobile

a II-a M F* M roţi dinţate fixate prin pene pe arbori, păpuşa mobilă pe ghidajele maşinii-unelte, cheia fixă pe piuliţă etc.

a III-a M (1)F* (2)M* M (1) vezi exemplele din familia a II-a; (2) roţi dinţate baladoare

a IV-a M F* F* asamblări sudate pe circumferinţa pieselor

Tabel 3

Fig.1. Amplasarea câmpurilor de toleranţă în funcţie de felul ajustajelor (cu joc)

Cu alte cuvinte, jocul mediu calculat este egal cu jocul minim (valoare din chenarul II al tabelului 3 sub formă de es , care pe verticală corespunde unei litere, aceasta va fi litera de simbol al felului de ajustaj proiectat), plus un câmp de toleranţă ITx, care se găseşte în chenarul I al tabelului 3 şi căruia îi corespunde pe verticală o cifră. Aceasta va fi cifra de simbol care reprezintă precizia (clasa de precizie) a ajustajului proiectat.

Condiţia „cheie” este ca: ITxes ≈ sau es > ITx, iar ideal ca cele două valori să fie cât mai apropiate. Exemplu: Un lagăr de alunecare cu diametrul Ф = 8mm funcţionează cu n = 10.000 rot/min. din cazul B1.

B.1.1 şi B.1.2. Proiectarea felului de ajustaj şi a claselor de precizie:

m,,,

n,J med

μ=⋅⋅π

⋅⋅=

=πφ

⋅φ=ψ⋅φ=

15960

100000080808

6080

4

4

Se ia mJ med μ= 9 . Se alcătuieşte formula „cheie” (5).

38


Considerând asamblarea în sistem de ajustaj cu alezaj unitar, ajustajul proiectat

va fi: 448

gH

φ .

În [10] sunt prezentate etapele B.1.3. până la B.1.9.

B.2. La proiectarea unui ajustaj cu joc se impun caracteristicile extreme (admisibile) ale asamblării: Jmax şi Jmin. În acest caz sarcina proiectantului este mult mai simplă, utilizând tot tabelul 3.

Ţinând cont de: Taj = Jmax - Jmin = ITxD + ITxd; dar cu acceptarea simplificării ITxD = ITxd = ITx : rezultă Jmax = Jmin +2ITx, fiind cunoscute valorile Jmax şi Jmin se calculează ITx:

2minmax JJ

ITx−

= .

În tabelul 3 se determină din chenarul I valoarea cea mai apropiată de ITx calculat, valoarea care va prezenta pe verticală clasa de precizie. Tot în tabelul 3 în chenarul II, se determină minJes = impus.

Exemplu: pentru Ф35 : Jmax = 52 μm; Jmin = 9 μm; ITx =

2952 − = 21,5 μm (valoare aproximată cu

25, care din chenarul I, tabelul 3 indică precizia 7). Jmin = 9 μm se identifică cu minJes = din chenarul II, pentru arborele „g”.

Deci ajustajul este 6735 g/Hφ . Proiectarea felului de ajustaj cu strângere

Ajustajele cu strângere se aleg la piesele perechi care urmează să-şi asigure o stare de fixare pe seama caracteristicii de asamblare S (strângerea care se realizează între alezaj şi arbore). În unele cazuri, în care sunt indicate strângeri cu valori mici, iar condiţiile funcţionale reclamă însă un grad de fixare superior celui asigurat prin ajustare, pentru asigurarea acestuia din urmă, şi la ajustajele cu strângere se dispun organe de maşini aferente. Astfel, ajustajele cu strângere se clasifică în: - ajustaje cu strângere cu fixare prin ajustare; - ajustaje cu strângere cu fixare prin ajustare cu suplimentarea gradului de fixare.

Ajustajele cu strângere se pot monta în variantele: - ajustaje cu strângere presate la ,,rece"; - ajustaje cu strângere montate la „cald" (fretate - în cazul încălzirii alezajului).

Întrucât la ajustajele cu strângere prin presare la rece rugozităţile de pe suprafaţa pieselor se tasează, strângerile efective după montaj se micşorează, şi cum acestea nu dau indicaţii precise asupra gradului de fixare, acestea depinzând şi de

diametrul asamblării Ф = d, în [1] se defineşte strângere medie efectivă relativă:

2minmax

med

medmedEmedER

SSS

;cSS

S

+=

φ−

=φ

= (6)

în care, pe lângă cele cunoscute, notaţia „c" este un termen care depinde de mai mulţi factori: mărimea şi forma rugozităţii, mărimea strângerii, lăţimea alezajelor, lungimea de petrecere a alezajului pe arbore, modulele de elasticitate ale materialelor pieselor conjugate etc.

În funcţie de strângerea efectivă relativă (minimă, medie etc), în [1] se clasifică ajustajele cu strângere în patru familii: 1 - ajustaje cu strângere întărite, cu SminER = 1μm/mm (1‰); 2 - ajustaje cu strângere grele, cu SmedER = 1μm/mm (1‰); 3 - ajustaje cu strângere mijlocii, cu SmedER = 0,5μm/mm (0,5‰); 4 - ajustaje cu strângere uşoare, cu SmedER = 0,25μm/mm (0,25‰).

La proiectarea ajustajelor cu strângere, proiectantul poate fi pus în faţa a două situaţii:

A. Se dau datele tehnico-funcţionale ale asamblării;

B. Sunt impuse caracteristicile extreme ale strângerii (Smax şi Smin). A. Ajustajele cu strângere în prima situaţie se proiectează prin calculul strângerii minime, parcurgându-se etapele: A.1. Proiectarea felului ajustajului; A.2. Proiectarea clasei de precizie; A.3. Determinarea abaterilor; A.4. Calculul caracteristicilor de asamblare; A.5. Determinarea corecţiei ajustajului la prelucrare; A.6. Determinarea corecţiei ajustajului la rugozitate (excepţie ajustajul cu strângere montat la „cald"); A.7. Verificarea corecţiei ajustajului prin analiză termică; A.8. Transformarea ajustajului proiectat dintr-o bază în alta (dacă este cazul din H/ în /h sau invers); A.9. Verificarea ajustajului la strângerea maximă şi σc (limita de curgere a materialului). A.10. Înscrierea abaterilor pe desen.

În tabelul 4, sunt reprezentate toleranţele fundamentale (în chenarul I) pentru clasele de precizie de la 01, 0, 1,...,16 şi abaterile fundamentale ale arborilor (chenarul II) cu strângere.

Din fig. 2 (ataşată la tabelul 4) se stabileşte ,,cheia" utilizării abacei [1]. În [6] este stabilită „cheia" utilizării abacei întocmită în sistemul de ajustare cu baza arbore unitar.

39


Formula de legătură (dacă ITxD = ITxd = ITx) este:

(7)

Cu alte cuvinte, strângerea minimă calculată este egală cu abaterea inferioară (valoare din chenarul II al Tabelului 4) care pe verticală

corespunde unei litere, aceasta va fi litera de simbol a ajustajului proiectat, minus un câmp de toleranţă ITx, care se găseşte în chenarul I al Tabelului 4 şi căruia îi corespunde pe verticală o cifră. Aceasta va fi cifra de simbol care reprezintă clasa de precizie (precizia) a ajustajului proiectat. Exemplu: Să se proiecteze felul ajustajului din grupa cu strângere, pentru asamblarea roată dinţată pe arbore tubular (fig.3), cu următoarele date: d = Ф = 10mm; d1 = 5mm; d2 = 20mm; ℓ = 10mm; P = 180daN; μ = 0,08; υ = 0,3; EA = 2,1 · 104daN/mm2 = EB;

Tabel 4

Fig.2. Amplasarea câmpurilor de toleranţă în funcţie de felul ajustajelor (la ajustajele cu strângere)

1670801010

180 ,,d

Pp =⋅⋅⋅μ

=μπ

= daN/mm2,

sau în cazul în care se dă drept dat moment de torsiune (T), în exemplul T = 900daNmm, dedus din

52

102

⋅=== PPdPT (daN/mm), care înlocuit în

formula presiunii:

1670801010

9002222 ,

,dTp =

⋅⋅⋅π⋅

=μπ

= daN/mm2

366613025012501

30

1051

1051

1

1

2

2

21

21

,,,,

,

dddd

k A

=−−+

=

=−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

=υ−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

=

Fig.3. Asamblarea roată dinţată pe arbore tubular

966613025012501

30

20101

20101

1

1

2

2

2

2

2

2

,,,,

,

dd

dd

kB

=+−+

=

=+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

=υ+

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

40


( )m,mm,

,,,,,

,,,Smin

μ===+⋅=

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

+⋅

⋅⋅=

361101136000009365000006508010167

101296661

10123666110167 44

A.1; A.2; Determinarea felului de ajustaj şi a claselor de precizie. Aplicând formula (7) în cazul dat:

Deci ajustajul este Ф10H4 / p4. Continuarea cu etapele A4÷A10 este

prezentată în [10]. B. Ajustajelor cu strângere se impun caracteristicile extreme admisibile Smax şi Smin. Problema se rezolvă folosind Tabelul 4. Din Smax impusă: Smax = es – EI = es – o (în alezaj unitar, v.fig.2), dar es = ei + ITx, deci Smax = ei + ITx. iar Smin = ei - ES = ei - ITx

(8)

Exemplu: Smax = 106μm; Smin = 68μm pentru Ф = 55mm. Aplicând formula (8) în cazul exemplului dat:

deci ajustajul rezultat este 6655

uH

φ ; care are

abaterile: EI = 0; ES = 19 μm; ei = 87; es = 106μm. Proiectarea ajustajelor intermediare

Ajustajele intermediare (de trecere sau incerte) realizează un raport al dimensiunilor de contact care tinde către 1:

1→dD

deoarece dD ↔ (9)

prin aceasta realizându-se, deopotrivă, condiţiile de apariţie atât a jocurilor, cât şi a strângerii, într-un anumit procentaj.

Cum jocurile şi strângerile sunt relativ mici (v.relaţia 9), excentricitatea (abaterea de la poziţia confundată) axelor geometrice ale celor două piese perechi este mică, tinzând către 0, se obţin astfel asamblări concentrice, de unde concluzia că ajustajele intermediare se aleg pentru asigurarea unei precizii avansate de asamblare.

Ajustajele intermediare având, deopotrivă, şi jocuri şi strângeri, asigurarea împotriva deplasării relative se realizează cu organe de maşini de fixare, cu excepţia ajustajului de trecere (H/j) care în anumite condiţii va putea fi dispus mobil.

În diagrama din fig.4 sunt redate variaţiile preciziei de asamblare, a gradului de fixare şi de mobilitate, în funcţie de valorile caracteristicilor de asamblare (jocuri sau strângeri), pentru grupele şi felurile de ajustaj, în cazul intervalului (50...80]mm pentru diametrul nominal, la treptele de toleranţă indicate în [8].

Fig.4. Variaţiile preciziei de asamblare, a gradului

de fixare şi de mobilitate în funcţie de caracteristicile de asamblare.

Având în vedere relaţiile din [1]:

maxmin

minmax

minmin

maxmax

eS;eS;eS

;eJ;eJ;eJ

222

222

−=−=−=

===

(10)

la ajustajele intermediare (pentru cele cu joc) rezultă:

( ) eminmax

maxmax

minmaxS/J

TeeSJ

JJT

222 =−+==+=

=−= (11)

şi la ajustajele intermediare (pentru cele cu strângere):

emaxmin

maxmax

minmaxS/J

TeeJS

SST

222 =+−==+=

=−= (12)

în care Te – toleranţa excentricităţii. În Tabelul 5 (Tabelul 3.17 din [1]) sunt

prezentate familiile de ajustaje intermediare

41


(inclusiv formulele de calcul (deduse de autorul lucrării [1]) pentru emax).

Ajustajele din familiile 1 şi 2 sunt utilizate la asamblările supuse unor operaţii dese de montaj şi demontaj (volane, roţi dinţate de schimb) iar cele din familia 3 la asamblările la care montarea şi demontarea se execută în cadrul reparaţiilor curente sau medii. Ajustajele din familia a 4-a se utilizează la asamblări supuse la sarcini statice şi dinamice mari, iar demontarea este prevăzută eventual pentru reparaţii capitale, pe când cele din familia a 5-a se prevăd la asamblările fixate prin pană, când acestea urmează a fi suprafixate şi printr-o uşoară strângere [1].

La proiectarea ajustajelor intermediare, cunoscându-se diametrul nominal al asamblării, se disting următoarele date de problemă [1]: 1 - Se cunosc indicaţiile referitoare la precizia de asamblare şi la frecvenţa montajului şi demontajului. 2 - Se impune caracteristica maximă majoritară:

a - Jmax când Jmax >Smax; b - Smax când Smax >Jmax.

3 - Se impune caracteristica maximă majoritară ca mai sus şi toleranţa ajustajului (Taj) sau abaterea medie pătratică (σ). 4 - Se impune % caracteristicii maxime majoritare (%Jmax sau %Smax) şi toleranţa ajustajului (sau σ).

Excentricitatea „e” [μm] Indicele de imprecizie de montaj Precizia de prelucrare

a b c

Fam

ilia

de

ajus

taj

Caracteris-tici de

asamblare J; S ei Mare Mijlocie Satisfăcătoare Pr

eciz

ia d

e m

onta

j

1 2 3a 3b 3c 4

1.

Jmax»Smax Jocuri; J > 90% ei < 0

Ф (1…500)mm

352 mmax ,e φ=

Ф (1…500)mm

363 mmax ,e φ=

Ф (1…500)mm

395 mmax ,e φ= Satis

făcă

toar

e (m

odes

tă)

Ф (1…120)mm 352 mmax ,e φ=

Ф (1…80)mm 33 mmaxe φ=

Ф (1…80)mm 35 mmaxe φ=

Ф (120…315)mm

252 3 m

mmax ,eφ

+φ=

Ф (80…315)mm

5233

,e m

mmaxφ

+φ=

Ф (80…180)mm

5253

,e m

mmaxφ

+φ= 2.

Jmax>Smax Jocuri; J > 80% ei < 0 Ф (315…500)mm

5252 3

,,e m

mmaxφ

+φ=

Ф (315…500)mm

5133

,e m

mmaxφ

+φ=

Ф (180…500)mm

5153

,e m

mmaxφ

+φ=

Satis

făcă

toar

e

3.

Jmax=Smax Jocuri ≈50% Strâng. ≈50% ei=0 sau (ei=0+ε)

Ф (1…500)mm

341 mmax ,e φ=

Ф (1…500)mm

32 mmaxe φ=

Ф (1…500)mm

3753 mmax ,e φ=

Mar

e

4.

Smax>Jmax Strâng. >80% e i > 0

Ф (1…500)mm 3220 mmax ,e φ=

Ф (1…500)mm 3970 mmax ,e φ=

Ф (1…500)mm 342 mmax ,e φ=

Foar

te

mar

e

5.

Smax » Jmax Strâng →100% e i > 0

emax < 0; J < 0 aj. cu strângere

emax < 0; J < 0 aj. cu strângere

Ф (1…500)mm 331 mmax ,e φ=

Criteriu de elecţie:→

Preferinţa a II-a Preferinţa I Preferinţa a III-a [Pre

f.I şi

II]:

Foar

te m

are

Tabelul 5

42


În [1] sunt prezentate etapele algoritmului de proiectare a felului de ajustaj folosind „cheia" propusă de autorul lucrării.

Dacă în [1] este prezentată proiectarea felului de ajustaj în sistem cu baza alezaj unitar, în [3] se prezintă proiectarea ajustajelor intermediare în sistem cu baza arbore unitar.

Exemplu de calcul: 1. Se proiectează ajustajul la o roată dinţată montată cu pană pe arborele unei cutii de viteză (Ф = 75mm).

În exemplul de faţă se cere realizarea uşoară a montajului cu forţe mici.

Din Tabelul 5 se consideră familia a 2-a (Jmax > Smax; J > 80%), preferinţa I (pentru Ф = 1...80), ( ),e mmax

33 φ=

6320638050 ≅=⋅=φ ,m mm,

941198336333 33 ,,e mmax =⋅==φ= μm fiind cunoscută valoarea excentricităţii maxime, se poate calcula jocul maxim: Jmax = 2emax = 2 · 11,94 = 23,88μm = 24μm

Utilizând una din relaţiile fundamentale Jmax= ES-ei, şi făcând legătura cu fig.4. şi tabelul 6, se deduce: Jmax = ES-ei = ITx-ei.

Considerând ITxd = ITxD = ITx şi ei<0 în formula „cheie" de utilizare a nomogramei este:

(13)

Cu alte cuvinte, jocul maxim calculat este egal

cu câmpul de toleranţă ITx, care se găseşte în

chenarul I al Tabelului 6, şi căruia îi corespunde pe verticală o cifră ce va fi cifra de simbol care reprezintă precizia (clasa de precizie, treapta de toleranţă) a ajustajului proiectat minus abaterea inferioară ei (cu ei<0) (valoare din chenarul II al tabelului 6, care pe verticală corespunde unei litere), aceasta va fi litera de simbol al felului de ajustaj proiectat.

Pentru Jmax = 24μm, se alcătuieşte formula „cheie".

Considerând asamblarea în sistemul de ajustaj

cu alezaj unitar, ajustajul proiectat va fi: Ф75H6/j5. În construcţia de maşini se utilizează în

exclusivitate ajustaje intermediare în clasele de precizie 5, 6 şi 7, cu valorile IT5, IT6 şi IT7.

De precizat că formula „cheie” de mai sus ar fi îndeplinită şi de alte combinaţii de valori, dar se va alege varianta rămasă după eliminarea incompatibilităţilor (între clasa de precizie a alezajului şi cea a arborelui să existe egalitate sau o diferenţă de maximum ±1) şi existenţa egalităţii sau a celei mai mici diferenţe între valoarea calculată anterior şi cea rezultată prin formula „cheie” (13). În [10] sunt prezentate exemple de calcul pentru datele de problemă 2); 3); 4).

Tabelul 6

Fig.5. Amplasarea câmpurilor de toleranţă în funcţie de felul ajustajelor (la ajustaje intermediare)

43


Concluzii

Dacă prescrierea unui ajustaj standardizat pentru care există calibre [2] este indicată la producţia de serie mică, în cazul producţiei de serie mare şi mai ales a celei de masă, dacă piesele se verifică cu calibre, atunci rentează construcţia unor calibre nestandardizate.

Transformarea din sistemul de ajustaj cu arbore unitar în sistemul cu alezaj unitar în cazul în care cele două trepte de precizie nu sunt egale, piesa îşi păstrează treapta (clasa) de precizie.

În scopul eliminării muncii de rutină (calcul algebric simplu, consultare tabele abateri, toleranţe fundamentale etc.) cât şi a micşorării substanţiale a timpului aferent acestor operaţii, problema proiectării ajustajelor se pretează foarte bine a fi rezolvată cu ajutorul calculatorului electronic [1] , [9].

După ce se alege din lista de ajustaje cel mai convenabil, vor fi determinate abaterile limită şi caracteristica de asamblare corectată la prelucrare, temperatură şi rugozitate.

Bibliografie

1. Bagiu L. Toleranţe şi ajustaje, Editura Helicon, Timişoara, 1994. 2. Drucean A., ş.a. Maşini-unelte şi control dimensional, Partea a II-a. Lucrări de laborator, Litografia I.P.”Traian Vuia”, Timişoara, 1991. 3. Niţescu N., Stoian A-M. Unele aspecte privind proiectarea ajustajelor intermediare., Lucrările ştiinţifice ale Simpozionului Multidisciplinar Internaţional „UNIVERSITARIA SIMPRO 2005”, Tehnologie, Mecanisme şi Organe de Maşini, Editura Universitas Petroşani, pag.43-48. 4. Niţescu N., Stoian A-M., Niţescu Al. Some Aspects in Regard to the Designing of Fits. Annals of the University of Petroşani, Mechanical Engineering, vol.7 (XXXIV), pag.75-86, Universitas Publishing House, Petroşani, România, 2005.

5. Niţescu N., Stoian A-M. Unele aspecte privind proiectarea ajustajelor cu joc. Lucrările ştiinţifice ale Simpozionului Multidisciplinar Internaţional „UNIVERSITARIA SIMPRO 2006”, Tehnologie, Mecanisme şi Organe de Maşini, Mecanică şi Rezistenţă, pag.62-72, Editura Universitas Petroşani, România, 2006. 6. Niţescu N., Stoian A-M. Some Aspects in Regard of Interference Fits., Annals of the University of Petroşani, Mechanical Engineering, vol.9 (XXXIX), Part.II, pag.73-78, Universitas Publishing House, Petroşani, România, 2007. 7. Niţescu N., ş.a. Unele aspecte privind alegerea preciziei, grupei şi felului de ajustaj în construcţia de maşini. Simpozionul „Durabilitatea şi fiabilitatea sistemelor mecanice”, Universitatea „Constantin Brâncuşi”, Târgu-Jiu, iunie 2008. 8. Niţescu N., Poanta A., ş.a. The computer Assisted Design of The Transition Fit. Simpozionul ştiinţific internaţional multidisciplinar „Universitaria Simpro 2008”. Lucrările ştiinţifice „Technology, Mechanisms and Machines, Mechanics and Resistance, Editura Universitas, Petroşani, 2008. 9. Poanta A., Niţescu N., ş.a. The computer Assisted Design of The Clearance, Interference and Transition Fits., 17th Internaţional Conference on Control Systems and Computer Science, Proceedings CSCS, Vol.1, pag.161-165, Editura Politehnica Press, 26-29 May 2009. 10. Niţescu N. Toleranţe şi ajustaje, măsurări, verificări şi control dimensional – îndrumător de laborator. Editura Universitas, Petroşani, 2010.

44


ANALIZA DEFECTELOR ÎN REŢELELE DE ÎNALTǍ TENSIUNE PRIN INTERMEDIUL TERMINALELOR MODERNE NUMERICE

Dragoş PĂSCULESCU*, Andrei ROMĂNESCU**

Rezumat Protecțiile numerice moderne, furnizeazǎ date comprehensibile în cazul unui defect la un echipament, date ce pot fi utilizate pentru analiza unor defecte şi eliminarea unor puncte slabe ale sistemului, respectiv ale aparatajului primar. Cuvinte cheie: defect, terminal numeric modern, echipament, software

Considerații generale

Funcţia de înregistrator de evenimente permite memorarea perturbaţiilor ce au avut loc în reţeaua primară a sistemului de distribuţie, prin colectarea continuă a datelor. Astfel datele stocate pot fi utilizate pentru diferite analize. Facilităţile incluse în funcția raport de perturbaţii aferente terminalelor moderne includ urmǎtoarele: indicaţii eveniment, înregistrator şi locator de defect, permiţându-se astfel memorarea mai multor evenimente. Toate evenimentele sunt înregistrate în ordine cronologică împreună cu momentele efective de timp la care au apărut. Informaţiile sunt stocate în memoria flash non-volatilă, evitându-se pierderea informaţiilor în cazul întreruperii alimentării cu tensiune a terminalului.[1]

De asemenea un nou avantaj al terminalelor numerice îl reprezintǎ furnizarea de informații asupra defectului ce permite reducerea timpului de întrerupere a alimentǎrii, respectiv accelerarea funcției de realimentare cu energie electrica a echipamentului respectiv. Întreruperea cu alimentare a energiei electrice se caracterizeazǎ prin intermediul a doi indexi: SAIFI – System Average Interruption Frequency Index (Index Mediu de Sistem al Întreruperi de Frecvențǎ).[4]

entatilima

rerupereint

NN

SAIFI ∑= (1)

Numărul de consumatori afectaţi la fiecare întrerupere, se adaugă pentru toate întreruperile într-un an iar rezultatul este împărţit la numărul mediu de clienţi, oferind numărul mediu de întreruperi care o are un singur client. ____________________________________ * Şef lucrări univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani ** Dr.ing. Transelectrica, Staţia Alba-Iulia

CAIDI – Consumer Average Interruption Duration Index (Index Mediu al Duratei de Întrerupere al Consumatorilor).

( )∑

∑ ⋅=

rerupereint

rerupereintreruptiint

NDN

CAIDI (2)

Durata întreruperii constă în principal din lungă perioadă de timp necesarǎ pentru a localiza defectul, împreuna cu timpul scurt necesar măsurilor corective de realimentare cu energie electrica. Astfel un calcul offline de localizare a defectelor poate ajuta, prin urmare, să îmbunătăţească indicele CAIDI.[5] Obstacole în calea unei localizǎri precise a defectelor

Marea majoritate a defectelor sunt defecte monofazate cu pǎmântul. Cel mai frecvent, locul de defect este calculat prin intermediul măsurarii impedanţei buclei de defect, fie direct prin valoarea absolută a fazorilor, fie cu schimbarea delta între fazorii dinaintea defectului şi dupǎ defect, de asemenea, uneori reţeaua de alimentare este luată în considerare ca un model sursă în buclele de defect afectate. Dar toate aceste abordǎri sunt limitate în precizie din cauza unor parametrii ai sistemului.

- compensarea rezidualǎ ( )0LG k,Z/Z : majoritatea scurtcircuitelor care au loc în sistemul de transport şi distrbuție a energiei electrice sunt defecte cu pǎmântul. Precizia "single ended" de localizare a defectelor depinde în mare măsură de compensare de secvențǎ zero setatǎ distinct în terminalul numeric atunci când un scurtcircuit implică pǎmântul. De cele mai multe ori valoarea exactă a acestui factor de compensare nu este cunoscutǎ. Astfel impedanţa de defect nu are de cele mai multe ori o distribuție proportionalǎ pe toată lungimea liniei, deoarece aceasta poate varia semnificativ în funcţie de consistenţa de sol (nisip, pietre, apǎ, zǎpadǎ) şi tipul de împǎmântare aplicat (împământare turn, ecrane cablu paralel, din metal conducte). - liniile paralele: în acest caz cuplaj inductiv aferent circuitelor de curent este prezent. Pe liniile transpuse, numai sistemul de secvenţă zero este influenţat negativ de către acest cuplaj. Pentru sarcină şi defecte care nu implică pǎmântul, influenţa liniilor paralele poate fi neglijatǎ. Însǎ, în cazul unor defecte cu pǎmântul în altă parte, acest

45


cuplaj poate cauza erori substanţiale în măsurare. Pe o linie de 400 kV dublu circuit de măsurare aeriană erorile la capătul de linie, pot ajunge de exemplu la valoarea de 35%. Unele dispozitive cu funcţionalitate de protecţie distanţă au o intrare de măsurare speciala care pot fi aplicate pentru a măsura impedanța de defect cu pǎmântul curentǎ a liniei paralele.[6] - geometria rețelei şi trasnspunerea conductoarelor: geometria liniei aeriene precum şi tehnica de transpunere a conductoarelor de fazǎ poate introduce erori asupra impedanţei de măsurare de până la 10%, la liniile de înaltă tensiune în reţelele de transport şi distribuție transpuse simetric cu 3 secțiuni. Se cunoaşte cǎ impedanţa pentru fiecare fază este aproximativ egalǎ cu toata lungimea liniei. Iar factorul care influenţează precizia este, în acest caz, ţinut într-un interval acceptabil. - un alt factor îl constituie liniile de distribuţie care sunt, de obicei neomogene, construite ca un lanţ de mai multe segmente pentru motive economice cat şi din motive de mediu. Un exemplu tipic îl constituie o linie care începe cu un singur cablu de bază cu o anumită lungime, care este continuat de o linie aeriană netranspusǎ la aranjament prin conductor orizontal. - deasemenea chiar dacă toate datele de linie sunt cunoscute, există în continuare o influenţă semnificativă asupra impedanțelor de măsura: cum ar fi valoarea diferitǎ a rezistenței de defect vazutǎ la capetele unei linii electrice aeriene, datoritǎ defazajului tensiunilor, aspect ce se poate observa în figura 1.

Fig.1 Defect simplu pe o LEA buclatǎ

La capǎtul liniei prin care se injecteazǎ sarcina,

reactanța mǎsuratǎ este redusǎ, fazorul ( ) f12 RI/I ⋅ este rotit în jos. La sfârşitul liniei care este importatoare de încărcare, reactanţa de măsurǎ este crescutǎ, fazorul ( ) f12 RI/I ⋅ este rotit în sus. Cu cât sarcina este mai micǎ cu atât influența asupra reactanței de mǎsurǎ va fi mai micǎ şi de asemenea se va obține un defazaj mai redus între curenții

1I

si 2I . Iar în cazul unei linii descărcate, curenţii la

ambele capete sunt în fază.[4][5]

Fig.2 Caracteristica unui defect dublu pe o LEA buclatǎ

- alte influențe în mǎsurarea impedanțelor se pot considera: capacitatea liniei, erorile datorate transformatoarelor de mǎsurǎ de pe linie, fenomenele tranzitorii.[3] Obținerea unei localizari precise a defectelor

Dacă locaţia defectului este cunoscutǎ lucru

datorat exclusiv gradul ridicat de precizie, personalul specializat din exploatarea stațiilor şi a liniilor electrice poat salva mult timp în timpul controlului asupra instalației electrice cu defect. Astfel furnizarea energiei electrice pentru alte părţi ale sistemului energetic poate fi restabilitǎ rapid, oferind venituri mai mari la utilităţi şi timpi declanşări ajutând totodatǎ la îmbunătăţirea indexului CAIDI.

Fig.3 Oscilograma în urma unui defect pe o LEA

O localizare a defectelor de mare precizie este acum disponibilǎ pentru toţi cei care au implementate relee numerice moderne pe echipamentele ce le exploateazǎ.

46


Releele numerice moderne permit deasemea descǎrcarea datelor şi oscilogramelor referiotare la defecte, ce ajutǎ la interpretarea amǎnunțitǎ a defectelor, astfel se obține: timpul de declanşare, durata declanşǎrii, amplitudinea, anumiți fazori, defajazele parametrilor, dupǎ cum se poate observa şi în figura 3. Algortimul de secvențǎ pozitivǎ

Ideea instalǎrii înregistratoarelor de defect la ambele capete în cazul unei linii electrice aerine, a aparut o datǎ cu comercializarea şi implementarea terminalelor de protecții în sistemele energetice. Motivul este de a utiliza şi un set de informații redundante privitoare la defecte pentru a elimina unele efecte perturbatoare ce pot aparea în mǎsurǎtoare.

Dar acest lucru trebuie să fie completat cu un al alt criteriu şi anume de a restricţiona calculele la sistemul de secvenţă pozitivă. Principalele avantaje ale acestei combinaţii sunt: - datele referitoare la componenta de secvențǎ pozitivǎ sunt cele mai sigure din rețea; - în cazul unei rezistențe de defect algoritmul este invariant; - semnalele sistemului de secvenţă pozitivă sunt invariante la cuplarea reciprocă a circuitelor adiacente (sisteme de 2 sau mai multe apropiate), întru-cât acest fapt afectează doar componenta de secvențǎ zero.

Astfel tensiunea la locul defectului „x” de-a lungul unei linii ideale (lungime L, impedanțǎ Z, lungime de undǎ Ι) este indusă de parametrii de la un capetele de linie fie cel din stânga “s” fie cel din dreapta “s”:

( ) ( ) ( ) sssf IxhsinZVxhcosxV ⋅⋅γ⋅−⋅⋅γ= (3)

( ) ( )( ) ( )( ) dddf IxLhsinZVxLhcosxV ⋅−⋅γ⋅−⋅−⋅γ= (4)

La locul de defect „x” diferenţa dintre aceste tensiuni trebuie să fie zero:

( ) ( ) ( ) 0xVxVx dfsf =−=ε (5)

Stare de tensiune datǎ de utlima relație se aplică pentru sistemul de secvenţă pozitivă, precum şi pentru sistemul de secvenţă negativă. Combinarea informaţiilor din ambele sisteme cu criteriul celor mai mici pătrate va conduce la o funcţie unidimensionalǎ, şi anume:

( ) ( ) ( ) 2

neg

2

pozdefect xxxk ε+ε= (6)

Această estimare este destul de robustǎ, însǎ întotdeauna aproximeaza corect locul de defect pe o linie electricǎ din sistemul energetic.[2]

Fig.4 Stâlp cǎzut LEA 220 kV Brazi Vest - Fundeni

Concluzii

Funcţia de locator de defect asigură măsurarea şi indicarea cu precizie ridicată a distanţei până la locul de defect. Se observă că algoritmul locatorului de defect se bazează pe valorile parametrilor liniei electrice, iar prin modul sau unic de calcul permite creşterea intervalului de încredere corespunzǎtor unei estimǎri în cazul apariției unui defect, indiferent de tipul acestuia.

Totodată distanţa până la locul de defect poate fi indicată în km sau în procente din lungimea liniei electrice. Bibliografie

1. Duşǎ V. Sisteme moderne pentru comanda şi controlul funcționǎrii rețelelor electrice, Editura Politehnicǎ Timişoara, 2006

2. Vasilievici A. Implementarea echipamentelor digitale de protecție şi comandă pentru rețele electrice, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000

3. Fotǎu I. Electroenergeticǎ, Ed. Universitas, Petroşani 2003

4. Saha M. Fault location method for MV cable networks. 7th International Conference on Developments in Power System Protection, IEE Conf. Publ. 2001

5. Kiessling G. Software solution for fault record analysis in power transmission and distribution. 8th International Conference on Developments in Power System Protection DPSP, IEE Conf. Publ. 2004

47


SINTEZA POZIŢIONALĂ A MECANISMULUI PATRULATER

Vasile ZAMFIR*, Horia VÎRGOLICI**, Olimpiu STOICUŢA***

Această lucrare prezintă sinteza poziţională a mecanismului patrulater ca parte a maşinilor şi echipamentelor miniere.

La sinteza mecanismului patrulater se cere să se

determine lungimile relative a=l1/l0, b=l2/l0 şi c=l3/l0 şi unghiurile φ0, ψ0 în aşa fel încât elementul (3), considerat element efector să genereze pe intervalul [φ0, φn] funcţia ψ=F(φ), fig. 1

Fig. 1 Mecanismul patrulater şi parametrii care îl

definesc

În acest scop se aleg în intervalul de aproximare [φ0,φn] cinci poziţii ale elementului conducător, definite prin abscisele φ1, φ2, …, φ5, cărora le corespund poziţiile ψ1=F(φ1), ψ2=F(φ2), …, ψ5=F(ψ5) ale elementului condus efector (3).

Se exprimă analitic funcţia ),,,,;( 00 ψϕϕψ cbaf= , obţinându-se sistemul de

ecuaţii 5,...,2,1);,,,,;( 00 == icbaf ii ψϕϕψ (1)

din care se pot obţine cei cinci parametri dimensionali şi de poziţie ai mecanismului a, b, c, φ0, ψ0.

Pentru calcule, în locul sistemului (1) se preferă sistemul de ecuaţii implicite (2):

5,...,2,1;0),( == if ii ψϕ (2)

Funcţia implicită f(φ,ψ) se obţine ridicând la pătrat ecuaţia vectorială de contur:

1++= cab (3)

obţinând funcţia de poziţie a mecanismului patrulater, de forma: ____________________________________ * Prof.univ.dr.ing. Universitatea din Petroşani **Lect.univ.dr. Univ. „Spiru Haret” Bucureşti *** Asist.univ.dr.ing.Universitatea din Petroşani

01)cos(2

)cos(2)cos(2222

0

000

=−−−++−

−++−−+

cabc

aac

ψψ

ϕϕϕϕψψ(4)

Ecuaţia (4) capătă diferite aspecte, în funcţie de numărul de parametri (trei, patru sau cinci) aleşi a fi calculaţi; se pune sub formă de polinom generalizat, aşa cum se va arăta în cele ce urmează. Calculul a trei parametri

Pentru calculul a trei parametri ai schemei mecanismului, ecuaţia (4) se pune sub forma următorului polinom:

0)()()( 221100 =+++ ϕϕϕ fpfpfp (5)

Se doreşte aflarea parametrilor a, b, c (parametrii φ0 şi ψ0 sunt aleşi arbitrar). Prin identificare cu ecuaţia (4) se obţin următoarele expresii pentru coeficienţii pj şi funcţiile fj, j=0,1,2:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

=

−−−=

apcapc

cabp

2

1

222

0 21

(6)

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−−+=+=+=

)cos()()cos()()cos()(

002

01

00

ϕϕψψϕϕϕϕψψϕ

fff

(7)

Nodurile de interpolare în intervalul [φ0,φm] se aleg, prin abscisele φ1, φ2, φ3, fie arbitrar, fie aşa cum se va arăta mai jos, de exemplu prin construcţii Cebâşev.

Se calculează funcţiile ψi=F(φi), i=1,2,3 în cele trei puncte ale intervalului de aproximare, obţinându-se următorul sistem liniar de trei ecuaţii cu trei necunoscute pj, j=0,1,2:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

=+++=+++=+++

0)()()(0)()()(0)()()(

322311300

222211200

122111100

ϕϕϕϕϕϕϕϕϕ

fpfpfpfpfpfpfpfpfp

(8)

din care se află necunoscutele p0, p1 şi p2 şi, prin intermediul relaţiilor (20), parametrii dimensionali necunoscuţi a, b, c ai mecanismului patrulater.

După aflarea parametrilor a, b, c, funcţia (8) se pune sub forma următoarei ecuaţii în sin(ψ0+ψi) şi cos(ψ0+ψi), după ce se dezvoltă în mod adecvat funcţia cos(ψ0+ψi-φ0-φi):

0)cos()sin( 00 =++++ iiiii CBA ψψψψ (9)

48


din care se află:

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−−+±

=+ii

iiiii CB

CBAAarctg

222

0 2ψψ (10)

unde:

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

=−++−

=

+−=−=

nica

ccbaC

aBaA

ii

ii

ii

,...,2,1;cos2

11cos

sin

222

ϕ

ϕϕ

(11)

Luând mai multe valori, inclusive valorile absciselor nodale ale unghiului φi pe intervalul (φ0,φm), cu relaţia (10) se poate determina valoarea unghiului ψi corespunzătoare şi apoi se determină valoarea abaterii Δψi, i=0,1,2,…,n, al cărei modul se compară cu valorile abaterii admisibile Δψad:

adii ψψψψ Δ≤−=Δ maxmax (12)

Calculul a patru parametri a, b, c, ψ0 (φ0 se alege arbitrar)

În acest caz, funcţia de poziţie a mecanismului (4) se pune (după dezvoltarea adecvată a funcţiei cos) sub forma:

0)()()()()(

4433

221100

=++++++

ϕϕϕϕϕ

fpfpfpfpfp

(13)

în care:

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

====

=

−−−=

3204

3

02

01

0

222

0

cos

cos21

pptgapaptgpc

ap

cacbp

ψ

ψψ

ψ

(14)

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

−+=−+=

=+=

−=

)sin()()cos()(

sin)()cos()(

cos)(

04

03

2

01

0

ψϕϕϕψϕϕϕ

ψϕϕϕϕ

ψϕ

fffff

(15)

Se observă că p4 este o combinaţie a coeficienţilor p2 şi p3, deci sistemul va fi neliniar.

Calculul a patru parametri a, b, c, φ0 (ψ0 se alege arbitrar)

În acest caz, dezvoltând adecvat funcţiile cos din ecuaţia (18), se ajunge la forma (27), în care pj şi fj(φ) au aspectul:

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

====

−=

−−−=

3204

3

02

01

0

222

0

cos

cos21

pptgcpcptgp

acp

cacbp

ψ

ϕψ

ϕ

(16)

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

−+=−+=

=+=

−=

)sin()()cos()(

sin)()cos()(

cos)(

04

03

2

01

0

ϕψψϕϕψψϕ

ϕϕψψϕ

ϕϕ

fffff

(17)

La fel ca în cazul precedent, coeficientul p4 este o combinaţie a coeficienţilor p2 şi p3 şi deci sistemul va fi neliniar.

Calculul celor cinci parametri

După dezvoltarea tuturor funcţiilor cos din ecuaţia (18), ecuaţia se pune sub forma:

0)()()()()()(

554433

221100

=+++++++

ϕϕϕϕϕϕ

fpfpfpfpfpfp

(18)

în care:

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

+−

=

−=

−−=

−=

−−=

−−−−

=

3142

41325

00

04

00

03

00

02

00

01

00

222

0

)sin(sin

)sin(cos

)sin(cos

)sin(sin

)sin(21

pppppppp

p

ap

ap

cp

cp

accabp

ψϕψ

ψϕψψϕ

ϕψϕ

ϕψϕ

(19)

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

−=====

−=

)cos()(sin)(cos)(cos)(sin)(

)sin()(

5

4

3

2

1

0

ϕψϕψϕψϕϕϕϕϕ

ϕψϕ

ffffff

(20)

Datorită coeficientului p5, sistemul este neliniar.După aflarea coeficienţilor pj, j=1,2,…,5 se parcurg paşii ca în cazul calculului a trei parametri.

49


Condiţii suplimentare la sinteza cinematică poziţională a mecanismului patrulater

Mecanismul proiectat trebuie să asigure generarea funcţiei ψ=f(φ) pe intervalul [φ0,φm]. În afară de aceasta, mecanismul trebuie să mai îndeplinească anumite condiţii suplimentare: existenţa manivelei (rotabilitatea elementului conducător pe 3600), lungimea maximă sau minimă a elementelor trebuie să depăşească, respectiv să fie sub o anumită valoare, respectarea unghiului de transmitere etc. Condiţii de manivelă (teorema lui Grasshof)

În cazul în care există o manivelă rotitoare, apar două poziţii extreme ale mecanismului, numite puncte critice sau puncte moarte, figura 2

Fig. 2 Punctele moarte la mecanismul patrulater în

care există manivelă

Pentru figura 2.a e valabilă relaţia: 4321 llll +≤+ (21)

iar pentru figura 2.b relaţiile:

4312 llll ≥+− (22)

4123 )( llll ≤−− (23)

Relaţia (23) se mai poate pune sub forma: 4231 llll +≤+ (24)

Presupunem că manivela l1 este elementul cel mai scurt. Se ivesc trei cazuri: a) Dacă l4 este elementul cel mai lung, trebuie satisfăcută relaţia (24), deoarece l4 fiind cel mai mare şi dacă relaţia (23) e satisfăcută, cu atât mai mult e satisfăcută relaţia (22); b) Dacă elementul bielă l2 e celmai lung, trebuie satisfăcută relaţia (21), care include şi relaţia (23), neavând importanţă care dintre elementele l3 sau l4 e mai mare; c) Dacă elementul balansier l3 e cel mai lung, trebuie satisfpcută inegalitatea (24), neavând importanţă care dintre elementele l2 sau l4 e mai mare.

Din cele trei cazuri se vede că relaţia (21) reprezintă condiţia de manivelă pentru toate cele trei cazuri.

Această condiţie a fost dată de Grasshof în

următoarea teoremă: „Condiţia necesară şi suficientă ca un mecanism patrulater să admită o manivelă este ca suma dintre lungimea celui mai scurt şi a celui mai lung element să fie mai mică sau cel mult egală cu suma lungimilor celorlalte două.”

Mecanimsle patrulatere care satisfac teorema lui Grasshof se numesc de tip complex. Dintre acestea, prin schimbarea pe rând a bazei cu celelalte elemente, se obţin următoarele tipuri de mecanisme patrulatere: - Mecanism cu dublă manivelă, când elementul

cel mai scurt e bază; - Mecanism dublu balansier, dacă bază este

elementul opus elementului cel mai scurt; - Mecanism manivelă-balansier, când se fixează

unul dintre elementele adiacente elementului cel mai scurt. Celelalte mecanisme care nu satisfac condiţiile

teoremei lui Grasshof se numesc de tip simplu, ele fiind toate mecanisme dublu balansier, indiferent care dintre elemente este bază.

Lungimea maximă şi minimă a elementelor

Lungimea relativă a elementelor trebuie să se afle între limitele L şi 1/L (de obicei L se ia egal cu 5).

Fig. 3 Unghiul de transmitere la mecanismul

patrulater

Pentru mecanismul patrulater se dau următoarele 12 inegalităţi (vezi fig. 3):

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

⋅≤≥⋅≤≥

≥⋅≤⋅≤≥

⋅≤≥⋅≤≥

cLbL

cbLaLba

LcbLbcLa

Lca

LcL

bLaL

a

;1;;

;1;;

1;1;1;1

(25)

Unghiul de transmitere

La mecanismul patrulater, unghiul de transmitere γ e format între direcţia vitezei absolute a punctului C şi direcţia vitezei relative a punctului

50


C faţă de punctul B (fig. 3). Între unghiul de transmitere γ şi unghiul de presiune θ există relaţiile (aceste două unghiuri fiind complementare):

⎩⎨⎧

≥+=<−=

00

00

90,9090,90

γθγγθγ

dacadaca

(26)

Pentru ca mecanismul să aibă caracteristici bune de transmitere între elementul bielă b şi elementul efector c, unghiul de transmitere γ trebuie să fie cuprins între limitele:

adad si γγγγ −≤≥ 0maxmin 180 (27)

Unghiul de transmitere γ poate fi exprimat în funcţie de parametrii mecanismului şi de variabila de intrare φ şi de ieşire ψ, aplicând teorema cosinusului în triughiurile ABD şi BCD: ( ) )cos(21cos2 0

2222 ϕϕγ +−+=−+= aabccbBD (28)

sau

)cos(2

1cos 0

222

ϕϕγ ++−−+

=bca

bcacb

(29)

Dacă elementul conducător AB ocupă poziţiile AB’ şi AB’’ arătate în fig. 4, unghiul de transmitere γ are valoarea minγγ = pentru φ0+φ=0 şi

maxγγ = pentru φ0+φ=1800, adică atunci când elementul AB poate fi manivelă.

Fig. 4 Unghiurile de transmitere limită la

mecanismul patrulater care admite o manivelă

Cu notaţiile din fig. 4 se pot scrie expresiile unghiurilor de transmitere limită:

bcacb

2)1(cos

222

min−−+

=γ (30)

bcacb

2)1(cos

222

max+−+

=γ (31)

Pentru ca unghiul de transmitere într-un mecanism patrulater să fie cuprins între limitele (27), iar elementul conducător AB să fie manivelă, e necesar să fie satisfăcute inegalităţile:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−−+≥

−−+≥

222

222

)1(cos2

)1(cos2

cbabc

acbbc

ad

ad

γ

γ (32)

Pentru ca mecanismul să fie de tipul manivelă

şi balansier, manivela AB trebuie să fie elementul cel mai scurt. În acest caz, ultimele trei coloane ale inegalităţilor (25) nu mai au sens şi prin urmare, pe lângă relaţiile (32) referitoare la unghiul de transmitere, trebuie îndeplinite următoarele condiţii referitoare la lungimea relativă minimă şi maximă a elementelor şi rotabilitatea manivelei:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

<≥

<≥

<≥

1;

;

;1

aLba

caLca

baL

a

(33)

Pentru ca mecanismul patrulater să aibă două manivele s-a văzut mai sus că baza trebuie să fie cel mai scurt element. În acest caz trebuie satisfăcute, pe lângă inegalităţile (32), următoarele trei inegalităţi din cele 12 inegalităţi (25):

1 ; 1 ; 1a L b L c L< ≤ < ≤ < ≤ (34)

În cazul în care pentru un mecanism patrulater una sau ambele inegalităţi (32) nu sunt satisfăcute, atunci mecanismul e de tip cu două balansiere.

În primul caz biela AB este elementul cel mai scurt. În acest caz e necesar să fie îndeplinite următoarele inegalităţi:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

≤≤

≥≤

≥≤

LcLcaLcbLba

LbLa

;

;

1;

(35)

În cazul când nu sunt îndeplinite ambele condiţii (32), trebuie să se folosească relaţia (29), cu ajutorul căreia, pentru un şir de valori succesive ale unghiului de intrare φ (corespunzătoare intervalului de oscilaţie al balansierului), se determină mărimile corespunzătoare ale unghiului de transmitere γ. În cazul în care valorile obţinute pentru unghiul γ se încadrează între limitele prescrise, atunci se verifică dacă sunt satisfăcute relaţiile (25).

Calculele de mai sus, date în scopul determinării a trei, patru şi cinci parametri, cu condiţii de optimizare privind lungimea elementelor, unghiul de transmitere şi condiţiile de manivelă, pot fi programate uşor pe calculator.

Exemplu numeric

51


Să se sintetizeze un mecanism patrulater (cinci parametrii) pentru aproximarea pe intervalul

0 0; 115 ;mϕ ϕ= = în toate cazurile posibile ale combinaţiilor dintre noduri simple şi multiple de interpolare, funcţia:

( ) ( ) 21250

F ϕ ϕ ϕ= Ψ = ⋅ (36)

în condiţiile următoare: eroarea admisă ( ) 20adψ ϕ ′Δ = ; unghiul de transmitere admisibil

60adγ = ; raportul dintre lungimea maximă şi minimă a elementelor: 5L =

Rezolvare: Pentru mecanismul patrulater există

10 combinaţii posibile:

P-P-P-P-P; PP-P-P-P; P-PP-P-P; PP-PP-P; PP-P-PP; PPP-P-P; P-PPP-P; PP-

PPP; PPPP-P; PPPPP

Aplicând relaţiile de la subcapitolul “Calculul celor cinci parametri”, se pot trasa următoarele diagrame, ale funcţiilor aproximată şi aproximantă şi diagrama erorilor de aproximare:

Fig. 5 Cazul P-P-P-P-P

Fig. 6 Cazul PP-P-P-P

Fig. 7 Cazul P-PP-P-P

52


Fig. 8 Cazul PP-PP-P

Fig. 9 Cazul PP-P-PP

Fig. 10 Cazul PPP-P-P

Fig. 11 Cazul P-PPP-P

53


Fig. 12 Cazul PP-PPP

Fig. 13 Cazul PPPP-P

Fig. 14 Cazul PPPPP

Concluzii

Alegerea funcţiei de aproximare depinde de împrejurări – acestea fiind determinate în mare măsură de forma funcţiei date spre reproducere, de gradul de precizie dorit şi de multe ori de preferinţele şi abilitatea matematică a celui ce rezolvă problema.

Funcţia dată spre aproximare prezintă două aspecte: aspectul empiric (funcţia e dată prin tabloul valorilor pe care le ia pentru anumite valori ale variabilei); aspectul analitic.

În general, funcţiile care sunt folosite pentru a aproxima funcţia dată se pot exprima prin polinoame de gradul n. Polinomul este astfel ales încât, pentru aceleaşi valori date variabilei, să aibă aceleaşi valori ca funcţia dată. Cu alte cuvinte, curba funcţiei date are (n+1) puncte comune cu curba reprezentativă a polinomului de grad n.

De multe ori însă aproximarea se face printr-un polinom de grad p < n. în acest caz, curbele reprezentative nu vor mai avea niciun punct comun, dar alegerea polinomului de grad p se face punând condiţia ca diagrama generată să treacă cât mai aproape de cele (n+1) puncte de pe diagrama funcţiei date.

În rezolvarea celor două aspecte ale problemei importanţă mare o au numărul şi tipul punctelor în care graficele celor două funcţii se ating.

54


Dacă numărul punctelor comune e mic (număr mic de parametri), metoda interpolării nu e satisfăcătoare.

Metoda interpolării se foloseşte în general când se face aproximarea în mai multe puncte discrete din interval. Pentru micşorarea volumului de muncă e bine să folosim interpolarea cu noduri multiple.

În momentul actual, când se dispune de tehnică de calcul performantă, sinteza analitică nu are limite. Se poate adopta acea metodă de calcul care conduce cel mai uşor spre o ecuaţie generală ce poate fi folosită în programare.

Odată cu problema sintezei cinematice poziţionale propriu-zise, se pun o serie de condiţii suplimentare care asigură obţinerea celei mai potrivite scheme structurale (simple şi funcţionale, cu număr mic de elemente) pentru ca mecanismul proiectat să redea cât mai fidel legea de mişcare impusă.

Bibliografie

1. Zamfir V., Vîrgolici H. Condiţii de sinteză prin metoda interpolării Revista Minelor, vol 17, nr. 1 / 2011

2. Lazăr M., Pandrea N., Popa D. Obtaining Cebâşev-type mechanisms through optimal synthesis based upon some caalculus programs Mec. Apl., Bulletin of the University of Piteşti, 2001

3. Georgescu T., Lazăr M. Cebâşev-type mechanisms obtained through the optimum synthesis based on some calculus programs Scientific Bulletin automotiveAutomotive, no. 19, vol 1., University of Piteşti, 2002

4. Artobolevski I.I., Levitski N.I., Cercudinov S.A. Sintez ploskia mehanizmov Fizmatigiz, Moskva, 1959

5. Beleţki V. Rasciot mehanizmov maşin avtomatov piscevâh proizvodstv, „Vişa scola”, Kiev, 1974

6. Cercudinov S.A. Sintez ploskih şarnirnorîciajnîh mehanizmov Iz-vo Academii Nauk S.S.S.R., Moskva, 1959

7. Dancea I. Programarea calculatoarelor numerice pentru rezolvarea problemelor cu caracter tehnic şi de cercetare ştiinţifică Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1973

8. Hartenberg R.S., Denavit I. Kinematic Synthesis of Limkage McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering, New York.

9. Lazaride Gh., Stere N., Niţă C. Mecanisme şi organe de maşini Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1970.

10. Sarkisean Iu.L, Cecean G.S. Optimalnîi sintez peredatocinovo cetîrzvenika Maşino-beledenie, nr.3, 1969.

11. Tesar D. The Generalized Concept of Three Multiply Separated Positions in Coplanara Motion Journal of Meechanisms, vol.2, 1967, p.461-474

12. Tesar D. The Generalized Concept of Four Multiply Separated Positions in Coplanara Motion Journal of Meechanisms, vol.3, 1968, p.11-23

13. Zamfir V. Sinteza mecanismelor cu bare articulate plane (Note de curs), fasciculele 1-5 Litografia Institutului de Mine, Petroşani, 1976, 1977.

55


Instrucţiuni pentru autori Lucrările se redactează folosind programul MS Word (sau echivalent).

Pagina are următoarele setări: Format A4, Sus/Jos/Stânga/Dreapta – 2cm, Header/Footer – 1,25 cm.

Fontul folosit este Times New Roman.

Titlul se scrie centrat, cu majuscule, 14p. După titlu se lasă un rând liber 12p, apoi se notează autorii centrat, italic, 12p, numele cu majuscule. Afilierea autorilor se trece ca şi notă de subsol.

Textul propriu zis se scrie cu caractere de 11p, pe două coloane egale de mărime 8,1cm. Titlurile de capitole se trec fără aliniat, bold, iar titlurile de subcapitole fără aliniat bold, italic. După titlurile de capitole şi subcapitole se lasă un rând liber. Aliniatele de la începutul paragrafelor au mărimea 0,7cm.

Tabelele pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz. Titlul tabelului se scrie deasupra, 11p, italic, iar textul tabelului se scrie cu caractere de 11p

Figurile pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz. Descrierea figurii se scrie sub aceasta, 11p, italic.

Referinţele bibliografice se scriu cu caractere de 10p.

Nu se inserează numere de pagină.

56


nr. 2 ro/2011

Documents