3.2. UTILAUL DE CERNUT FĂINA

3.2.1. Noţiuni generale

Separarea corpurilor străine din masa de făină, pe baza diferenţelor de dimensiuni ale lor, se realizează prin cernerea făinii pe suprafeţe de cernere, care constituie principalul organ al utilajelor de separare.

În timpul cernerii are loc şi o afânare a făinii, aceasta contribuie mult la absorbirea umidităţii la frământare, favorizează condiţiile de fermentare. Procesul de cernere se reduce la alunecarea făinii pe suprafaţa sitei aflate în mişcare şi trecerea prin găurile ei. Particulele rămase pe suprafaţa sitei se numesc refuz, iar particulele trecute prin găurile sitei se numesc cernut.

Eficienţa cernerii se apreciază prin doi parametri: gradul de separare a particulelor cu dimensiuni mai mici decât orificiile sitei (cernutul) din materialul iniţial şi capacitatea de cernere care reprezintă cantitatea de material ce trece prin unitatea de suprafaţă în unitatea de timp.

Capacitatea de cernere este influenţată de un şir de factori, cum ar fi suprafaţa vie a sitei, umiditatea materialului şi a mediului ambiant, distribuţia granulometrică a mate-rialului, elementele dimensionale şi cinematice ale sitei etc.

Suprafeţele de cernere pot fi clasificate în funcţie de diferiţi criterii:

a) de forma geometrică a suprafeţei se disting suprafeţe plane, cilindrice, hexagonale, conice, paraboloidale, etc.;

b) de poziţia axului de acţionate pot exista suprafeţe de cernere cu ax vertical şi cu ax orizontal;

c) de mişcarea imprimată suprafeţei se disting suprafeţe de cernere fixe, suprafeţe de cernere cu mişcare de rotaţie plană, suprafeţe cu mişcarea circulară şi suprafeţe de cernere cu mişcarea de vibraţie.

Suprafeţe de cernere.

Pentru cernerea făinii se folosesc sitele din împletituri confecţionate di fire metalice, sau ţesături din materiale textile sau din fire de material plastic.

Sitele metalice pot fi confecţionate din sârmă de oţel zincat, cupru, bronz sau bronz fosforos. În general ele se folosesc la cernerea refuzurilor, adică al particulelor cu mult înveliş, care ar provoca uzura prea rapidă a sitelor textile şi nu sunt indicate la cernerea făinurilor şi grişurilor, deoarece au o suprafaţă aspră, iar ochiurile nu sunt uniforme din cauza îndoiturii sârmei.

Sitele din textil sunt confecţionate de obicei din fire de mătase naturală sau de capron.

Sitele din mătase naturală. Ca regulă sitele de calitate înaltă se confecţionează din mătase naturală şi în special mă-tase albă. Avantajele mătăsurilor albe se manifestă prin elasti-citate şi rezistenţă înaltă. Mătasea naturală nu percepe căldura eliminată de produsul supus cernerii şi are o suprafaţă netedă.

Dezavantajele sitelor din mătase naturală sunt uzura relativ rapidă şi în rezultatul acţiunii particulelor măşcate, ţesutul devine scămoşat, ce duce la micşorarea dimensiunilor ochiurilor sitei. La umidităţi a aerului 10-13 % mătasea poate absoarbe până la 30 % umiditate mărindu-se în diametru şi ca rezultat micşorând dimensiunile ochiurilor sitei. Durata de funcţionare a acestor site pentru condiţiile de exploatare normale este de numai şase luni.

Sitele din capron. Capronul sunt fibre textile sintetice, cu rezistenţă şi elasticitate foarte mare, obţinută prin policondensarea caprolactamei. El se referă la grupul

termoplastelor, care sub acţiunea căldurii şi a presiunilor nu suportă schimbări radicale.

Avantajele sitelor din capron – temperatura şi umiditatea aerului şi a produsului nu influenţează parametrii sitei. Rezistenţa capronului este mult mai mare ca a mătăsurilor şi deci, se pot folosi fibre mai subţiri ce permite mărirea ariei secţiunii vii. Durata de exploatare a sitelor de capron este de trei ori mai mare ca cea de mătase iar sine costul este de 3…4 ori mai mic.

3.2.2. Maşinile de cernut făină

Sita plană

Sita plană prezintă o caroserie metalică 9, în care sunt montate pe rame orizontale sitele 7. Pe părţile laterale ale caroseriei se află canalele de redresare a cernutului şi a refuzului (Fig. 3.4). De partea inferioară a caroseriei este fixat rulmentul 6, în care este montat arborele cotit 5 cu balastul 4. Caroseria sitei se sprijină pe patru tije 11 din metal cauciucat cu proprietăţi elastice.

Sita se pune în funcţie de la motorul electric 12, care prin transmisia cu curea trapezoidală 13 roteşte arborele 2 cu arborele cotit 5. Ca urmare arborele cotit aplică caroseriei mişcare circulară alternativă în plan orizontal. Prima sită a maşinii se alimentează cu făină prin racordul 10. În continuare făina trece consecutiv prin toate celelalte site curăţindu-se astfel de impurităţi. După cernere, cernutul prin tubul flexibil 3 se îndreaptă în cutiile colectoare 1 şi se deplasează mai departe în producere. Refuzul (impurităţile) prin canalele laterale se îndreaptă în cutiile corespunzătoare acumulatoare.

Fig.3.4. Sita plană: 1 – cutie colectoare; 2 – arbore; 3 – tub flexibil; 4 –balast; 5 arbore cotit; 6 –rul-menţi; 7 - sită; 8 – canal de aspiraţie; 9 – caro-serie; 10 – racord; 11 – tije, 12 – motor electric; 13 – transmisie prin curea trapezoidală.

Pentru aspirarea sitelor de caroserie este fixat un racord, care se uneşte la canalul de aspiraţie 8.

Buratul piramidal

Organul de lucru principal al buratului (sitele) prezintă tamburul 3 în formă de trunchi de piramidă cu cinci sau şase laturi. Trunchiul de piramidă este fixat de arborele orizontal 4 cu spiţele 5. Arborele la rândul său se află în lagărele de alunecare 10.

Laturile tamburului sunt confecţionate din rame detaşabile pe care sunt întinse sitele. Suprafaţa totală a sitelor este de 1,5 m2. Tamburul şi toate elementele buratului se află în corpul metalic 6. Arborele se pune în mişcare de la un motor electric prin intermediul a unui reductor cu melc şi a transmisiei prin curea trapezoidală.

Fig.3.5. Burat piramidal: 1 – racord; 2 – melc; 3 – tambur; 4 –arbore; 5 – spiţă; 6 – corp; 7 - scut; 8 – magneţi; 9 – şnec; 10 – lagăre de alunecare.

Buratul se alimentează cu făină prin racordul 1 şi cu melcul 2 se deplasează înăuntrul tamburului, care se roteşte cu o turaţie de 40-60 min-1. Făina cernută se divizează cu scutul 7 în două fluxuri şi trece pe lângă polurile magneţilor 8, care o separă de impurităţile metalice. În continuare făina nimereşte în şnecul 9, care o îndreaptă la producere.

Ca dezavantaj al aceste maşini se poate de considerat coeficientul de utilizare al suprafeţei sitei mic. Pe parcursul

funcţionării numai din suprafaţa totală a sitei este

lucrătoare.

Cernătorul cu sita fixă.

Maşina posedă site fixe de construcţie cilindrică sau semicilindrică. Făina obţine mişcare relativă faţă de sită sub acţiunea unor bătătoare rotative.

Fig.3.6. Sita „Pioner”: 1 – buncăr; 2 – reşou de protec-ţie; 3 – şnec; 4 – site centrifugale; 5 – separator de impurităţi metalice; 6 – mecanism de acţio-nare; 7 – elice; 8 – sită cilindrică; 9 – palete verticale; 10 – ghidaje înclinate; 11 – con; 12 – sită cilindrică; 13, 14 – semicilindri; 15 – manta; 16 – acumulator.

Elementele principale ale cernătorului (fig. 3.6.a) sunt: buncărul alimentator, cu capac şi reşoul de protecţie 2, şnecul vertical 3, sitele centrifugale 4, separatorul de impurităţi metalice 5 şi mecanismul de acţionare 6.

La fundul buncărului alimentator se roteşte elicea 7 care alimentează cu făină şnecul vertical. Şnecul este montat într-un jgheab şi la rotaţia sa deplasează făina în corpul curului. Ciurul este alcătuit di sita cilindrică 8 cu găuri rotunde (destinată pentru menţinerea impurităţilor măşcate), paletele rotative verticale 9 cu ghidajele înclinate 10, sudate de conul 11 şi sita 12 în formă de tambur.

Semicilindrul 13 al tamburului 12 (fig. 3.4.b) este confecţionat din foaie de metal Iar semicilindrul 14 prezintă o ramă de sită care este fixată de colţarii verticali ai corpului prin intermediul lacătului elicoidal. Din exterior rama este protejată de mantaua 15.

Separatorul de impurităţi metalice este înzestrat cu un magnet permanent, polurile căruia sunt îndreptate în jos şi se află în apropierea planului înclinat.

Mecanismul de acţionare este alcătuit dintr-o transmisie prin curea trapezoidală şi motorul electric montat pe o consolă în poziţie verticală.

Sita funcţionează în modul următor. Făina din saci se toarnă în buncărul 1, aici se amestecă cu paletele şi se transmite către transportorul elicoidal care o vehiculează în sită, unde are loc o cernere dublă: la început făina trece prin orificiile primei site; mai apoi ea este antrenată de paletele rotative şi sub acţiunea forţei centrifugale este aruncată pe sita esterioară. Cernutul din sită este îndreptat sub polusurile magneţilor şi mai apoi în cuva malaxorului.

Refuzul măşcat, rămas în interiorul primei site, este ridicat cu transportorul elicoidal în sus pe suprafaţa conului 11 şi de aici, sub acţiunea forţei centrifugale este aruncat în acumulatorul 16. Refuzul mărunt, rămas în interiorul sitei a doua, sunt ridicate cu paletele înclinate 10 şi în acelaşi acumulator de deşeuri.

3.2.3. Noţiuni teoretice ale procesului de cernere

Sita plană.

Deplasarea relativă a materialului pe sita plană se asigură imprimând sitei o mişcare oscilatorie cu ajutorul unui mecanism de bielă-manivelă (cel mai des întâlnit).

Regimul de funcţionare al sitei trebuie să imprime materialului o mişcare relativă corespunzătoare care să îndeplinească cerinţele unei bune separări.

În funcţie de regimul cinematic al sitei, materialul de pe suprafaţa acesteia se poate găsi în una din următoarele situaţii:

- repaus relativ – materialul nu se deplasează pe suprafaţa sitei;

- deplasare relativă fără desprindere – materialul se deplasează pe sită (numai în sus, numai în jos sau în ambele sensuri) ramânând în contact permanent aceasta;

- deplasare relativă cu desprindere - materialul se deplasează pe sită (numai în sus, numai în jos sau în ambele sensuri) cu desprindere doar la unul din sensurile de deplasare;

- desprindere de pe suprafaţa sitei – Materialul nu se deplasează pe sită, ci numai se desprinde de aceasta.

Mişcarea relativă care asigură desfăşurarea eficientă a procesului de separare pe sită este cel de deplasare relativă în ambele sensuri fără desprindere.

Totodată materialul de pe sită trebuie să aibă o mişcare de înaintare către capătul opus alimentării, pentru a permite evacuarea refuzului.

Regimul de funcţionare al sitei se determină din studiul mişcării relative a materialului în raport cu sita.

Considerăm o sită CD (fig 3.0) cu mişcare de oscilaţie pe direcţia x-x, înclinată faţă de orizontala h-h cu unghiul , suspendată cu ajutorul unor suporturi elastici AC şi BD, care fac, în poziţia lor medie, unghiul cu verticala, acţionată de un mecanism bielă-manivelă cu viteza unghiulară .

Fig.3.00.Schema de funcţionare a sitei plane oscilante.

Unghiul direcţiei de oscilaţie, respectiv unghiul dintre direcţia x-x şi orizontală este egal cu unghiul de înclinaţie al suporturilor elastici faţă de verticală .

În aceste condiţii, se poate considera că mişcarea sitei CD va fi aproximativ rectilinie oscilatorie armonică, deplasarea făcându-se după legea mişcării proiecţiei butonului manivelei E, pe direcţia x-x, exprimată prin următoarele ecuaţii de mişcare:

(3.00)

în care r este raza manivelei, în m;t – unghiul manivelei cu direcţia x-x; măsurat în

sensul de rotaţie;t – timpul de rotaţie, considerându-se din momentul

trecerii manivelei peste dreapta x-x, în s.Unghiul de înclinare a sitei faţă de orizontală este

mai mic decât unghiul de frecare a particulei cu sita , pentru ca aceasta să nu alunece în jos pe sită, sub influenţa greutăţii proprii, atunci când sita este în repaus.

Studiul regimurilor de funcţionare ale sitei se face în următoarele ipoteze: masa de material se consideră formată din puncte materiale izolate, care nu se interacţionează reciproc; se neglijează influenţa curentului de aer asupra mişcării; se consideră sita ca o suprafaţă netedă plană (nu se iau în consideraţie orificiile), cu unghiul de frecare al particulelor constant; sita are o mişcare rectilinie oscilatorie armonică.

Analiza mişcării relative în sus pe sită. Forţele care acţionează asupra unei particule aflată pe suprafaţa sitei, sunt greutatea proprie a particulei , reacţiunea normală la suprafaţa sitei, forţa de frecare şi forţa de inerţie .

Urmărind fig 3.00 a, se observă că mişcarea particulelor în sus pe sită este posibilă pentru unghiuri t aparţinând intervalului , când forţa este orientată în sensul (-x). Această mişcare are loc dacă proiecţia rezultantei forţelor care acţionează particula, pe direcţia sitei este orientată în sus pe sită, adică:

(3.00)

Fig.3.00.Schema forţelor care acţionează particula la deplasarea în sus pe sită, pentru unghiul

În această inecuaţie semnul “=” corespunde momentului de început al mişcării relative în sus pe sită, forţa

având valoarea maximă (corespunzătoare stării de alunecare a particulei), ( este coeficientul de frecare al particulelor cu sita).

Reacţiunea normală N se determină din proiecţia sistemului de forţe pe direcţia normală la planul sitei:

(3.00)

Ţinând seama că , , astfel că relaţia (3.00) se poate scrie:

(3.00)

Raportul se notează cu k şi reprezintă indicele regimului cinematic de funcţionare al sitei, care joacă un rol foarte important în studiul tipurilor de mişcare relativă.

Rezultă deci:

(3.00)

Introducând în relaţia (3.00) expresiile lui şi a lui , după efectuarea calculelor se obţine:

(3.00)

Pentru valori ale unghiurilor , şi , astfel încât când , inegalitatea (3.00) se mai

poate scrie:

(3.00)

Această relaţie reprezintă condiţia de existenţă a mişcării relative în sus pe sită.

Valoarea limită a indicelui regimului cinematic al sitei , pe care îl notăm cu kS, corespunzătoare începerii

mişcării relative a particulei în sus pe sită, se obţine pentru .

În această situaţie rezultă:

(3.00)

Aşadar, pentru existenţa mişcării relative a particulei în sus pe sită, este necesar a fi îndeplinită condiţia .

Turaţia manivelei mecanismului de acţionare al sitei, pentru care are loc deplasarea relativă a particulelor în sus pe sită, trebuie să îndeplinească condiţia:

, în rot/s (3.00)

Din fig.3.00 a, se poate constata că desprinderea particulei de pe suprafaţa sitei nu este posibilă pentru unghiuri ale manivelei cuprinse în intervalul , deoarece componenţa normală la planul sitei a forţei , contribuie la creşterea reacţiunii normale N ( este îndreptată sub sită).

Analiza mişcării relative în jos pe sită. Procedând în mod analogic, pentru studiul mişcării relative a particulelor în jos pe sită, conform fig. 3.00 a, se va obţine valoarea minimă a indicelui regimului cinematic al sitei , care corespunde începerii mişcării relative în jos pe sită, pentru şi :

. (3.00)

Turaţia excentricului mecanismului de acţionare al sitei, pentru care are loc deplasarea relativă a materialului în, în jos pe sită, trebuie să îndeplinească condiţia:

. (3.00)

Fig.3.00.Schema forţelor care acţionează particula la deplasarea în jos pe sită, pentru unghiul

Capacitatea sitei plane. Capacitatea de cernere a sitelor plane este dependentă de suprafaţa de cernere, viteza lineară a sitei, amplitudinea oscilaţiilor sitei, grosimea stratului de făină pe sită, numărul sitei şi de proprietăţile fizice ale făinii.

Dificultăţi mari se întâlnesc la determinarea grosimii stratului de făină pe suprafaţa de cernere, care la rândul său este dependent de mai mulţi factori. De aceea la determinarea capacităţii sitelor plane se foloseşte relaţia:

(3.00)

în care F este aria sitei, în m;q – capacitatea specifică a sitei, în kg/(m2s);j – coeficient de utilizare a ariei sitei.

Sita hexagonală şi cilindrică orizontală.

O particulă de material aflată pe suprafaţa de separare hexagonală în mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară faţă de axa orizontală (fig.3.7), este acţionată de forţele:

- greutatea proprie a particulei ( );

- forţa centrifugală ( );- reacţia suprafeţei de separare ( );- forţa de frecare ( ).Unghiul dintre raza de poziţionare a particulei şi

apotema hexagonului R este .Pentru ca particula să alunece pe sită, astfel încât să fie

posibilă separarea, trebuie îndeplinită condiţia:

(3.00)

în care este unghiul de înclinare al sitei.

Fig.3.6. Schema forţelor care acţionează particula pe o suprafaţă hexagonală.

Reacţia N se determină din echilibrul forţelor pe direcţia lui şi este egală cu:

(3.00)

Înlocuind la relaţia (3.00) expresiile forţei centrifuge , forţei de frecare , şi reacţiei N, ţinând seama de faptul

că , se obţine expresia vitezei unghiulare a sitei care asigură alunecarea (mişcarea relativă) a particulei în poziţia iniţială:

(3.00)

Poziţia limită la care este posibilă cernerea este , iar pentru suprafeţe hexagonale valoarea limită a lui este

. Rezultă de aici, ţinând seama că , viteza unghiulară maximă pentru suprafeţe de separare hexagonale cu mişcare de rotaţie:

(3.00)

Turaţia maximă a sitei hexagonale se poate determina cu relaţia:

(3.00)

în cazul unor suprafeţe cilindrice ( ) valoarea vitezei unghiulare maximale este:

(3.00)

Turaţia maximală a sitei circulare se poate determina, cu relaţia:

(3.00)

Pentru determinarea turaţiei optime a acestor site (hexagonale şi cilindrice) este necesar ca valorile obţinute ale turaţiei maxime să fie corectate prin introducerea unui coeficient de corecţie C, care ţine seama de faptul, că în timpul alunecării pe suprafaţa de separare, particulele se lovesc de marginea orificiilor, fenomen care poate duce la creşterea vitezei, şi deci, la repaus relativ, întrerupându-se procesul de cernere prin orificii ( ).

Acest coeficient are valori Capacitate de lucru a unei site hexagonale sau cilindrice

se poate determina, cunoscând dimensiunile sitei şi încărcarea specifică a acesteia qsp (kg/m2.h), cu relaţia:

(3.00)

în care Dm este diametrul mediu al sitei, în m;L – lungimea sitei, în m.

Diametrul Dm este, în cazul sitei hexagonale, egal cu Dm = R(1+2/3), iar în cazul sitelor cilindrice Dm = 2R (R – apotema, respectiv raza, sitei).

Sita cilindrică verticală.

În sitele cilindrice verticale, sub acţiunea melcului (pentru cazul sitei rigide) sau a sitei rotative apar curenţi de aer, care antrenează particulele de făină în mişcare de rotaţie. În acest cat asupra particulei acţionează forţa centrifugală, valoarea căreia este dependentă de turaţia melcului sau a sitei. La turaţii mici ale melcului sau sitei şi forţă centrifugă va fi insuficientă pentru a deplasa particula de făină până la suprafaţa sitei pentru a asigura procesul de cernere şi particula va rămâne în interior. Deci, forţa centrifugală trebuie să fie mai mare de cât forţa de frecare care frânează această deplasare:

(3.00)

în care m este masa particule de făină, în kg; – viteza unghiulară a melcului sau sitei, în s-1;r – raza sitei, în m;f – coeficient de frecare a făinii de suprafaţa melcului

sau a sitei;g – acceleraţia căderii libere, în m/s2;Dacă de înlocuit viteza unghiulară cu relaţia

obţinem:

(3.00)

în care n este turaţia melcului sau a sitei, în s-1.Capacitatea de cernere a sitei cilindrice verticale. Se

determină cu formula tradiţională de calcul a productivităţii:

(3.00)

în care F0 este aria secţiunii vii a sitei, în m2;0 – viteza de trecere a făinii prin sită, în m/s; – densitatea făinii, în kg/m3; – coeficient de utilizare a ariei secţiunii vii a sitei.

Aria secţiunii vii a sitei poate fi determinată ca aria totală a sitei înmulţit la coeficientul secţiunii vii (ksv), indice caracteristic pentru fiecare tip de sită în parte şi dependent de grosimea firelor şi modul de ţesere a sitei. În suprafeţele de cernere ale sitelor pentru făină coeficientul secţiunii vii este de 0,5...0,8

(3.00)

în care D este diametrul sitei, în m;H – înălţime sitei, în m.Viteza de trecere a particulelor de făină prin sita

cilindrică verticală se determină ca componenta normală a

vitezei deplasării particulei sub acţiunea forţei centrifugale. În acest caz, viteza se va determina ca:

în care kal este coeficientul de alunecare a particulelor pe suprafaţa sitei. Conform datelor experimentale coeficientul de alunecare se află în limitele 0,5...0,8.

Consumul de energie al sitelor cilindrice verticale este dependent de construcţia ei. La general energia se consumă la depăşirea forţelor de frecare a făinii de suprafaţa de cernere, la acţionarea melcului de ridicare a făinii în camera de lucru şi la elicei din buncărul de alimentare.

Reieşind din cele expuse, puterea motorului electric al sitei cilindrice (N0, în W) va fi:

(3.00)

în care N1 este puterea necesară pentru depăşirea forţelor de frecare dintre făină şi suprafaţa de cernere; în W;

N2 – puterea necesară pentru melcului de ridicare a făinii în camera de lucru, în W;

N3 – puterea necesară pentru acţionarea elicei din buncăr, în W.

1 – randamentul mecanismelor sitei;2 – randamentul motorului electric.Puterea, necesară pentru depăşirea forţelor de frecare

dintre făină şi suprafaţa de cernere se determină cu formula:

(3.00)

în care Mfr este momentul creat de forţa de frecare dintre făină şi suprafaţa sitei, în N/m.

m – viteza unghiulară a melcului sau sitei, în s-1.

Momentul creat de forţa de frecare dintre făina din interiorul sitei şi suprafaţa de cernere se determină cu formula:

(3.00)în care mfs este masa făinii din sită, în kg;

ms – masa sitei (pentru cazul sitelor rotative), în kg;rs – raza sitei, în m;f – coeficientul de frecare dintre făină şi suprafaţa de

cernere;Puterea, necesară pentru acţionarea melcului ridicarea

făinii cu melcul în camera de lucru se determină cu formula:

(3.00)

în care Mm este momentul aplicat arborelui melcului pentru a asigura procesul de ridicare a făinii, în N/m.

(3.00)

în care mm este masa melcului, în kg;mfm – masa făinii din melc, în kg;rm – raza melcului, în m.

Puterea necesară pentru acţionarea elicei din buncăr se determină cu formula:

(3.00)

în care Me este momentul aplicat arborelui elicei, în N/m;e – viteza unghiulară a elicie, în s-1.Moment, aplicat arborelui elicei, se determină în

funcţie de masa elicei şi a făinii din bunchăr:

(3.00)

în care me este masa elicei, în kg;mfb – masa făinii din bunchărul de alimentare, în kg.