A. UTILAJE PENTRU PRELUCRAREA PIEILOR SI BLĂNURILOR

Capitolul 1

BAZINE ŞI HASPELE Procesele tehnologice de obţinere a pieilor şi blănurilor, necesită efectuarea unor

operaţii, în care diferitele tipuri de piei sunt tratate în soluţii diverse în funcţie de condiţiile specifice de prelucrare a acestora. In vederea desfăşurării acestor operaţii se utilizează fie bazine, în care pieile se află în soluţie (flotă), fără agitarea acesteia, fie utilaje prevăzute cu dispozitive de agitare a flotei şi a pieilor, cum sunt de exemplu haşpelele, butoaiele şi alte utilaje[1] .

1.1. Bazinele

Bazinele reprezintă cele mai simple utilaje de prelucrare a pieilor şi blănurilor în soluţii, fiind utilizate pentru efectuarea a diferite operaţii fizico-chimice care nu presupun o agitare a pieilor, în diferitele etape de lucru.

Dezavantajele utilizării bazinelor constau din suprafaţa mare pe care o ocupă acestea, precum şi din timpul mare necesar prelucrării pieilor [1].

Construcţie şi caracteristici Bazinele pot fi construite din lemn, cărămidă sau beton armat sclivisit cu ciment sau

placat cu gresie sau faianţă şi au o formă paralelipipedică (foarte rar cilindrică) de dimensiuni diferite, funcţie de destinaţie, mărimea pieilor şi coeficientul de flotă folosit.

Pentru o manipulare mai lejeră a pieilor, bazinele sunt îngropate în pământ, marginile superioare fiind ieşite cu 30-50 cm deasupra solului.

Dimensiunile interioare cele mai frecvente sunt: - Lungime: 1600; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000 mm - Lăţime: 2000; 2200 mm - Adâncime: 2200; 2800 mm. In general bazinele sunt dispuse individual sau grupat (baterii de bazine), în vederea

economisirii spaţiului. Atât în cazul dispunerii individuale cât şi în cazul bateriilor, bazinele comunică între ele prin conducte.

Alimentarea cu apă sau soluţii se face pe la partea superioară, iar eliminarea acestora se realizează printr-un orificiu prevăzut cu: ventil, vană, dop cu vergea de susţinere, etc şi plasat lângă unul din pereţii laterali. In cazul utilizării ventileleor de scurgere având diametrul de 50-100 mm, acestea pot fi închise sau deschise cu ajutorul unei supape în formă de disc sau sferă solidară cu o tijă metalică al cărei mâner este poziţionat deasupra bazinului (figura 1.1).[1]

7

a b

Figura 1.1 Dispozitiv de evacuare a flotei din

bazin : a) cu ventil de scurgere

în formă de disc; b) cu supapă sferică.

La evacuarea prin cădere liberă a lichidului, pentru deteminarea timpului de

scurgere se consideră un bazin cu secţiunea SB umplut cu flotă pînă la înălţimea H şi prevăzut la fund cu un orificiu de scurgere de secţiune S

B

0. Curgerea prin orificiu are loc în regim nestaţionar, cu scăderea în timp a debitului de fluid (figura 1.2).

Figura1.2 Dimensiunile bazinului

Astfel, considerăm un interval de timp infinit mic dt, în care volumul de lichid care se scurge din bazin este infinit mic dv.Inălţimea nivelului de lichid scade cu dh [2,3].

In intervalul de timp considerat dt, debitul este constant şi se calculează conform relaţiei(1.1) [2,3]:

MV = α ⋅S0⋅ Hg2 ⋅⋅ (1.1) unde:

h - valoarea curentă a nivelului [m]; α - coeficientul de debit pentru apă (0,6-0,65); g - acceleraţia gravitaţională [m/s2];

MV = dv/dt = -S⋅ dh/dt (1.2) Din combinarea celor două relaţii rezultă o ecuaţie diferenţială cu variabile

separabile, care se integrează direct:

∫∫ ⋅⋅−=

α

0

H

t

0 hg2dh

S

Sdt0

(1.3)

g2SHS2t

o ⋅⋅⋅α⋅⋅

= (1.4)

In cazul bazinelor de pretăbăcire vegetală, circulaţia flotei dintr-un bazin în altul se realizează prin intermediul unei pompe sau prin transvazare, cînd bazinele comunică între

8

ele prin preaplinuri, circulaţia soluţiilor şi a pieilor făcându-se în acest caz de la ultimul bazin către primul (figura 1.3).

Figura 1.3 Circulaţia flotei şi a pieilor

In bazine pieile se află liber în soluţie sau agăţate pe drugi de lemn, cîrlige sau rame

metalice. Operaţiile de încărcare-descărcare, mutare dintr-un bazin în altul se realizează manual sau mecanic cu ajutorul a diferite dispozitive. Pentru pieile aflate liber în bazinul cu soluţie (cazul pieilor mici), manipularea acestora se poate face cu:

- grătare aşezate la fundul bazinului peste care pieile sunt dispuse în vrac, aceste grătare ridicându-se cu ajutorul unor vinciuri, dispuse pe marginile bazinului prin intermediul unor tije fixate pe grătar;

- sistem ponton format dintr-un grătar de lemn fixat pe două vase metalice cilindrice închise ermetic, care le permite să plutească la suprafaţa soluţiei. Pe măsură ce se încarcă cu piei, grătarul se scufundă, iar la scoaterea pieilor se ridică către suprafaţă;

- containere cu zăbrele de lemn sau oţel inoxidabil, care au forma bazinului. Containerul încărcat cu piei este introdus şi scos din bazin cu ajutorul podului rulant, evacuarea pieilor făcându-se prin uşa de la fundul containerului. In cazul pieilor agăţate (pieile mari) se folosesc rame de lemn sau metalice, care sunt

prevăzute cu cârlige de care se agaţă pieile sau rame pe care se sprijină drugii de care sunt agăţate pieile. Transportul pieilor la şi de la bazine precum şi introducerea şi scoaterea lor se face prin intermediul podului rulant (figura 1.4).

a b

c

Figura 1.4 Sisteme de încărcare –descărcare a pieilor: a) Ramă cu cârlige: 1 – piei; 2- cârlige; 3 – ramă: 4 – macara; b) Ponton de scoatere a

pieilor: 1 – cilindru plutitor; 2 – grătar; 3 – bazin; ramă; c) Container Agitarea şi încălzirea soluţiilor din bazine se realizează în vederea intensificării

proceselor umido-termice şi a omogenizării soluţiilor. Astfel se folosesc mai multe sisteme de agitare dintre care cele mai des utilizate sunt (figura 1.5):

9

1) Agitarea pneumatică, realizată cu ajutorul unor ţevi paralele care au prevăzute un număr mare de orificii prin care circulă aer comprimat. Acest sistem prezintă dezavantajul unui consum energetic mărit comparativ cu sistemul de agitare mecanic. De asemenea, la barbotarea aerului în sistem pot avea loc procese de oxidare sau alte procese nedorite;

a

b

Figura 1.5 Sisteme de agitare şi încălzire: a) pneumatică; b) mecanică

2) Agitarea cu pompe cu ajutorul cărora, soluţia din bazin este scoasă în afara lui şi

apoi reintrodusă printr-un sistem de ţevi perforate aflate pe fundul bazinului; 3) Agitarea mecanică, în care se folosesc palete montate vertical pe un arbore.

Pentru ca pieile suspendate să nu fie prinse de agitator, se montează un grătar de lemn deasupra paletelor agitatorului.

In vederea încălzirii soluţiilor din bazine se utilizează conducte dispuse sub formă de serpentine la fundul bazinelor sau prin intermediul schimbătoarelor de căldură tubulare.

La încălzirea soluţiilor din bazine se ţine seama de faptul că operaţiile tehnologice au loc de obicei la temperaturi relativ joase cuprinse între 20-300C; se preferă alimentarea bazinelor prin intermediul schimbătoarelor de căldură tubulare sau prin încălzire cu abur direct (în acest caz se va ţine seama de faptul că pieile nu suportă temperaturi peste 400C şi că se pot înregistra pierderi de căldură în timp ceea ce poate deranja procesul sau operaţia în sine).

1.2. Haşpele 1.2.1. Aspecte generale Haşpelele reprezintă utilaje de prelucrare a pieilor prin agitare, având formă

semicilindrică şi fiind construite din lemn, beton armat, oţel inoxidabil sau fibră de sticlă, respectiv poliester. Ele sunt folosite în industria de pielărie pentru operaţiile de: înmuiere, cenuşărire, decalcificare, şi sămăluire a pieilor mici şi mijlocii precum şi la toate operaţiile umede de prelucrare a blănurilor.

Construcţie şi funcţionare Haspelele sunt prevăzute la partea superioară cu agitatoare cu palete (zbaturi)

confecţionate din lemn sau metal, care se pot deplasa prin glisare, putînd deservi mai multe haşpele. Agitatorul este prevăzut cu 6 palete având lăţimea de 200-300 mm şi grosimea de 50 mm, iar lungimea fiind dictată de lungimea haşpelului. Raza zbatului este în funcţie de 10

volumul bazinului. Agitatorul se montează la distanţa de 100-150 mm de peretele lateral, fiind imersat în flotă pînă la aproximativ 25% din diametrul său [1,4].

Clasificare In funcţie de modul de dispunere a lor haşpelele pot fi: semi-îngropate, fixate pe

pardoseală sau suspendate (cel mai des folosite). Sunt prevăzute cu un sistem de alimentare cu apă, sistem de evacuare a soluţiilor şi cu un preaplin. In funcţie de circulaţia lichidului, acestea pot fi:

a) haşpele orizontale prevăzute cu agitator care se mişcă simultan cu pieile din bazin şi cu soluţia (figura 1.6).

Figura 1.6 Haşpel cu circulaţie orizontală a soluţiei [4]:

1 - bazin; 2 - zbat; 3 - paletă; 4 - ax

b) haşpele verticale în care mişcarea fundului se realizează în plan vertical. Sensul

de rotaţie al agitatorului precum şi mişcarea pieilor se execută conform desenului din figura 1.7.[5]

In cazul haşpelelor din lemn etanşeitatea şi rezistenţa se asigură de către nişte semicercuri din bare rotunde de oţel cu secţiunea de 4x50 mm. Haşpelul este prevăzut la partea superioară cu un capac prins în balamale care se închide şi se deschide prin acţionare hidraulică.

a

11

b

c

Figura 1.7 Haşpel cu circulaţie verticală a soluţie:. a, b) vedere generală; c) detaliu constructiv: 1 – bazin; 2 – agitator; 3 – palete; 4 – ax; H – înălţime;

R – raza interioară Incărcarea şi descărcarea pieilor se realizează manual sau mecanic pe la partea

superioară a utilajului. Incărcarea mecanică se face fie cu ajutorul unor containere metalice ridicate deasupra haşpelului cu un pod rulant, fie prin intermediul unei benzi rulante. Descărcarea pieilor se realizează printr-un capac lateral, acţionat hidraulic dintr-un container sub formă de grătar sub care este o rigolă de evacuare a soluţiilor reziduale către staţia de epurare a apelor.

Dezavantajele utilizării haşpelelor Dificultatea mecanizării operaţiilor de încărcare şi descărcare a pieilor, suprafaţa

mare de evaporare, pierderile mari de flotă, deoarece funcţionarea lor are loc la rapoarte de minim 400%, deci chiar la descărcarea parţială a pieilor se pierd cantităţi mari de flotă, constituie dezavantaje ale utilizării haşpelelor. Utilizarea haşpelelor basculante înlătură dezavantajul unei mecanizări suplimentare la descărcare a pieilor.

1.2.2. Haşpelul basculant Acesta este construit dintr-un vas de oţel inoxidabil (1) armat la exterior cu armătură

metalică basculantă (2). Vasul este prevăzut cu un capotaj de lemn prevăzut cu o uşă glisantă. In interiorul vasului se află zbatul (3) acţionat de un electromotor (4) (figura 1.8):

Figura 1.8 Haspel basculant: 1 – cuvă; 2 – agitator; 3 –

curea de transmisie; 4 – şaibă; 5 – lanţ de transmisie; 6 –

sector dinţat; 7 – pinion melc; 8 – arbore melcat;

12

Alimentarea haşpelului se realizează cu ajutorul unui vas tampon situat pe capotaj, iar evacuarea solutiilor se face pe la partea inferioară a acestuia printr-un robinet de evacuare de 100 mm.

In tabelul 1.1 sunt prezentate principalele caracteristici tehnice ale haşpelelor basculante tip” Metalul Rosu”- Cluj, iar în tabelele 1.2 şi 1.3 principalele caracteristici pentru diferitele tipuri de haşpele existente.

In funcţie de capacitatea utilă a haşpelelor, există şi o capacitate maximă de încărcare a pieilor aşa cum se prezintă în tabelul 1.4.

Tabelul 1.1. Principalele caracteristici tehnice ale haşpelelor basculante [4]

Tip de utilaj

Dimensiuni cuvă

(mm x mm)

Capacitate totală

(l)

Capacitate utilă (I)

Turaţie zbat

(rot/min)

Diametru zbat

(mm) HM1 2000x2000 5140 4800 20 1000 HM2 2200x2900 8220 7380 20 1140

Tabelul 1.2 Principalele caracteristici pentru diferite tipuri de haşpele [6]

Lătime (mm)

Lungime (mm)

Adîncime (mm)

Volum util (m3)

Incărcare piele (kg)

Volum flotă (l)

2140 1370 1220 2,87 534 2136 2140 1525 1220 2,97 594 2376 2140 1830 1220 3,57 714 2856 2440 1525 1370 3,8 760 3040 2440 1830 1370 4,6 920 3680 2440 2140 1370 5,35 1070 4280 2740 1525 1450 4,5 900 3600 2740 1830 1450 5,4 1080 4320 2740 2140 1450 6,3 1260 5040 2740 2440 1450 7,2 1440 5760 3050 1525 1600 5,6 1120 4480 3050 1830 1600 6,7 1340 5360 3050 2140 1600 7,8 1560 6240 3050 2440 1600 8,9 1780 7120 3050 2740 1600 10,0 2000 8000 3350 1525 1675 6,3 1260 5040 3350 1830 1675 7,6 1520 6080 3350 2140 1675 7,9 1780 7120 3350 2440 1675 10,1 2020 8080 3350 2740 1675 11,3 2260 9040 3350 3050 1675 12,6 2520 1080 3660 1525 1600 6,3 1260 5040 3660 1830 1600 7,6 1520 6080 3660 2140 1600 8,9 1780 7120 3660 2440 1600 10,1 2020 8080 3660 2740 1600 11,3 2260 9040 3660 3050 1600 12,6 2520 10080 3660 3350 1600 13,8 2760 11040

13

Tabelul 1.3 Principalele caracteristici ale haşpelelor [7]

Tipul Capa-citate

(I)

Diam.

(mm)

Lung.

(mm)

Uşa intrare (mm)

Uşa evac. (mm)

Valva aliment (mm)

Putere inst. (Kw)

DCB/10 1000 1500 1700 - - 762 3 DCB/15 1500 1600 1900 - - 762 4 DCB/20 2000 1800 2000 - - 762 4 DCB/30 3000 2200 2000 600 700 762 5,5 DCB/40 4000 2300 2300 600 700 1016 5,5 DCB/45 4500 2300 2400 600 700 1016 5,5 DCB/50 5000 2400 2500 600 700 1016 7,5 DCB/60 6000 2650 2500 600 700 1016 7,5 DCB/70 7000 2800 2800 600 700 1270 7,5 DCB/85 8500 2800 3000 600 700 1270 7,5

DCB/100 10000 3000 3000 600 800 1524 11 DCB/120 12000 3100 3500 700 800 1524 11 DCB/140 14000 3300 3500 700 800 1524 11 DCB/150 15000 3500 3500 700 800 1524 11 DCB/160 16000 3600 3500 700 800 1524 11 DCB/180 18000 3500 4000 700 800 1524 15 DCB/200 20000 3800 4000 700 800 1524 15

Tabelul 1.4. Capacitatea maximă de încărcare cu piei în funcţie de capacitatea utilă a haşpelului [8]

Capacitate utilă

(l) Incărcare maximă cu piei

(Kg) 2000 600 3000 900 4000 1200 5000 1500 6000 1800 7000 2100 8500 2500 10000 3000 12500 3700 15000 4500 20000 6000 30000 8000

Raportul dintre cantitatea de piele şi volumul flotei este legat de o limită superioară,

care dacă este depăşită conduce la scufundarea pieilor. De exemplu pentru cenuşărire raportul de flotă admis este de 1:4 (la 1Kg de piele corespund 4 litri de flotă).

14

1.2.3. Calculul haşpelului Pentru un volum dat V, raza R şi lungimea L, a agitatorului sunt:

R =95,3V3

[m] şi L = 6r [m] (1.5)

Turaţia agitatorului se alege între 14–25 rot/min, încât viteza periferică să fie

cuprinsă între 0,75-1,4 m/s. Volumul util al vasului haşpelului corespunde relaţiei:

Vutil = [1/2r2π + 2 r (t - r - 0,08)] b (1.6) în care :

t - înălţimea totală sau adâncimea [mm]; r - raza cilindrului [mm]; b - lungimea haşpelului [mm]; 0,08 - porţiunea din înălţimea neîncărcată.

1.2.4. Calculul puterii de regim necesare rotirii agitatorului In regim de lucru, forţa de rezistenţă a mediului faţă de mişcarea unei palete se poate

determina cu relaţia (1.7):

g2v

SKP s2γ

⋅≈ [Kgf] (1.7)

unde: K - coeficient de rezistenţă care depinde de caracterul mişcării mediului provocată de corpul aflat în mişcare şi care se admite ca fiind egal cu 1,3 ; S - aria suprafeţei paletei imersată în lichid [m2] ; v - viteza de mişcare a centrului de greutate a porţiunii din paletă care este imersată în soluţie [m/s]; γS - greutatea specifică a soluţiei [kgf/m3]; g - accceleraţia gravitaţională [9,81m/s2].

In figura 1.9 dacă se notează cu x porţiunea din lăţimea paletei care este scufundată

în lichid atunci [1]:

S = x ⋅ l unde: x = r-h/cosφ, (1.8) deci:

S = (r-h/cosφ).l (1.9) unde: l - lungimea paletei [m] ; h - distanţa de la centru pînă la suprafaţa lichidului [m].

15

Figura 1.9 Schema elementelor componente în timpul agitării

haşpelului.

Dacă se notează cu L - lăţimea paletei [m] şi cu ω, viteza unghiulară [m/s], atunci

viteza de mişcare a centrului de greutate a porţiunii din paletă imersată în soluţie va fi:

W = ω⋅LOA (1.10)

LOA = r-x/2 = r-2cos

hrϕ

−= ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+cos

hr21 (1.11)

Deci:

w = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+ω

coshr

2 (1.12)

Inlocuind în relaţia (1.8) vom avea:

P =22

s

coshr

4coshrl

g2K

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+ϖ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

−γ⋅ (1.13)

Pentru φ = 00, P = Pmax

Pmax = )hr)(hr(g8lK 2

s +−ϖ⋅⋅γ⋅ 2 (1.14)

Deoarece agitatorul are 6 palete, pentru fiecare paletă se ţine seama de unghiul de

decalaj φ1 = φ-600, în timp ce momentul forţei de rezistenţă P va fi: 22

sOA cos

hr4cos

hrlg2

KLPM ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+ϖ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

−γ

=⋅= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+cos

hr21 (1.15)

Momentul forţei P1(cînd φ1 = φ - 600) este :

( ) ( )⎟⎟⎠⎞

⎜⎜⎝

⎛−ϕ

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−ϕ

−ϖ⋅⋅γ⋅

=60cos

hr60cos

hrg16lK

M2

s1

3 (1.16)

Suma momentelor pe arborele agitatorului este:

16

22s

1SUM coshr

4coshrl

g2K

MMM ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+ϖ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

−γ

=+= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

+cos

hr21 +

( ) ( )

32s

60coshr

60coshr

g16lK

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−ϕ

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−ϕ

−ϖ⋅⋅γ⋅

+ (1.17)

In vas, nivelul soluţiei se află sub arborele agitatorului la distanţă de h = 0,39 m. Deoarece unghiul dintre palete este de 600, paleta agitatorului va intra în soluţie la o valoare a unghiului φ de:

cos φ = h / r = 0,39/0,66 = 0,6, pentru care unghiul φ = 53010’ (1.18)

Pentru momentele M, M1 şi MSUM, calculul valorilor lor se regăseşte în datele din tabelul 1.5. Din datele prezentate în tabel se poate observa că valoarea maximă a momentului sumă corespunde cu un unghi de 30o iar valoarea minimă unghiului de 53o10’. Tabelul 1.5 Valorile momentelor cu variaţia unghiului φ.

Grd Min

M Kgf

M1 Kgf

MSUMKgf

0-00 27,5 0,0 27,5 10-00 27,3 8,2 35,5 20-00 26,7 20,7 47,4 30-00 25,0 25,0 50,0 40-00 20,7 26,7 47,4 50-00 8,2 27,3 35,5 53-10 0,0 27,5 27,5

Valoarea momentului sumă mediu este :

MSUM MED = 1,40

40,504,475,355,27=

+++ Kgf (1.19)

Cu viteza unghiulară cunoscută, ω = 2,09 rad⋅s-1 şi cu valoarea anterioară calculată

se poate determina puterea necesară învingerii rezistenţei opusă de fluid care va fi:

Nn = MSUM MED /102 [ Kw] (1.20)

Dacă se admite un randament η , atunci puterea necesară agitatorului este dată de relaţia:

N = Nn /η [ Kw]. (1.21)

Dacă se ţine seama de faptul că în bazinul haşpelului se află si piei, care sunt antrenate şi ele în mişcare de către agitator, atunci puterea instalată, calculată iniţial pe prezumţia că în cuvă s-ar afla numai soluţie, trebuie mărită de 3 - 4 ori.

17