Elemente de calcul şi proiectare pentru echipamente de reţinere a suspensiilor grosiere din apele uzate

Unghiul α []de înclinare faţă de orizontală a suprafeţei active a grătarului (vezi figura 2.4) are valori între 60 - 65 [6]. În general conform STAS 12431-86 unghiul trebuie să fie de 30 - 45 la grătarele dese curăţate manual, de 45 – 75 la grătarele rare curăţate manual şi de 45 - 90 la grătarele curăţate mecanic.

Fig. 2.4. Parametrii dimensionali ai grătarului plan (vedere laterală)

Pierderea de sarcină hg [m col H2O] prin grătar (vezi figura 2.4) se determină cu relaţia [5, 6]:

(2.18)

în care: ξ – coeficient de rezistenţă la trecerea apei prin grătar care se determină cu formula lui Kirschmer:

(2.19)

în care: β – coeficient în funcţie de forma barelor (vezi tabelul 2.1);g [m/s2] – acceleraţia gravitaţională, g = 9,81 m/s2.

Relaţia 2.18 este valabilă numai dacă este îndeplinită condiţia:

42

Determinarea parametrilor principali ai echipamentului de sitare cu grătar plan şi greblă de curăţare pe lanţuri

(2.20)

în care: Re – numărul lui Reynolds la trecerea apei printre barele grătarului;

vt [cm/s] – viteza medie de trecere a apei uzate printre barele grătarului la debitul de calcul;

ν [cm2/s] – vâscozitatea cinematică a apei uzate la temperatura medie anuală.

Înălţimea hav [mm] a curentului de apă în avalul grătarului (vezi figura 2.4) se determină cu relaţia:

(2.21)

Înălţimea H [mm] a canalului în care se amplasează grătarul (vezi figura 2.4) se determină cu relaţiile:

(2.22)

Canalul în care se montează grătarul mai prezintă următoarele particularităţi constructive (conform STAS 12431-86):

- radierul canalului în amonte de grătar trebuie să aibă o pantă de minim 1% în scopul evitării depunerilor şi se va construi din beton rezistent la uzură;

- la grătarele dese, radierul canalului din avalul grătarului trebuie să fie mai coborât cu 7,5 – 15 cm;

- pentru a se putea interveni atât la canale cât şi la grătare, la treptele mecanice ale staţiilor de epurare vor fi prevăzute grătare active al căror număr trebuie să fie minim 2 grătare de rezervă, precum şi batardouri sau stavile pe fiecare canal în parte, atât în amontele cât şi în avalul grătarelor pentru izolarea acestora; la staţiile de epurare mici se poate proiecta o instalaţie cu un singur grătar prevăzută însă cu un canal de ocolire.

Lungimea Lg [mm] a suprafeţei active a grătarului (vezi figura 2.4) se determină cu relaţia:

(2.23)

Înălţimea Hga [mm] la care se găseşte gura de alimentare a transportorului-compactor (vezi figura 2.4) în care sunt deversate impurităţile preluate de mecanismul de curăţare a grătarului sunt indicate în tabelul 2.2.

43

Elemente de calcul şi proiectare pentru echipamente de reţinere a suspensiilor grosiere din apele uzate

Tabelul 2.2 [6]

Bg

[mm]B

[mm]

Hga [mm]H [mm]/h [mm]

4000/3000 3500/3000 3000/2500 2500/2000 2000/1500500 900 600 600 600 600 600600 1000 600 600 600 600 600800 1200 600 800 800 800 8001000 1400 600 900 900 900 9001250 1650 600 1100 1100 1100 11001500 1900 800 1300 1300 1300 13001600 2000 900 1400 1400 1400 14001800 2200 1000 1500 1500 1500 15001900 2300 1100 1600 1600 1600 16002000 2400 1100 1600 1600 1600 16002300 2700 1300 1700 1700 1700 1700

Lungimea Lrli [mm] de la radier la axa roţilor de lanţ independente de întoarcere (vezi figura 2.4) se apreciază între 250 – 400 mm în funcţie de dimensiunile roţilor de lanţ şi de forma greblei.

Lungimea L [mm] între axele roţilor de lanţ de antrenare şi de întoarcere (vezi figura 2.4) se determină cu relaţia:

(2.24)

Numărul de greble de curăţare ale grătarului poate fi: o greblă în mod uzual sau două greble montate simetric (adică, când una se găseşte pe partea anterioară a grătarului, cealaltă se găseşte pe partea posterioară a acestuia), numai în anumite cazuri, când se doreşte o raclare mai accentuată a suprafeţei active a grătarului.

Viteza vg [m/s] de deplasare a greblei de raclare se alege în intervalul de valori 0,1 – 0,25 m/s.

Timpul tca [s] în care grebla de raclare execută cursa activă (pe faţa anterioară a grătarului plan, de la zona inferioară de întoarcere a lanţurilor, până în zona superioară de întoarcere a acestora) se poate aprecia aproximativ cu relaţia:

44

Determinarea parametrilor principali ai echipamentului de sitare cu grătar plan şi greblă de curăţare pe lanţuri

(2.25)

Timpul tc [s] în care grebla de raclare execută un ciclu întreg de lucru se poate determina cu relaţia:

(2.26)

în care: ddrl [mm] – diametrul de divizare al roţilor de la transmisia cu lanţuri.

Diametrul ddrl de divizare al roţilor de la transmisia cu lanţuri se determină atât din considerente constructive, legate de forma şi dimensiunile greblei de raclare şi a grătarului plan, cât şi în funcţie de tipul lanţurilor de transmisie.

Alegerea tipului lanţurilor de transmisie se face în funcţie de puterea necesară a fi transmisă de lanţuri, care se determină în urma unui studiu dinamic al mecanismului de curăţare cu greblă, ai cărui parametrii sunt puşi în evidenţă în figura 2.5:

Fig. 2.5. Studiu dinamic al mecanismului de curăţare cu greblă

în care: Ggn [N] – greutatea greblei de raclare şi a materialului antrenat de aceasta, considerate împreună;

45

Elemente de calcul şi proiectare pentru echipamente de reţinere a suspensiilor grosiere din apele uzate

vg [m/s] – viteza de deplasare a greblei de raclare;α [º] – unghiul de înclinare faţă de orizontală a suprafeţei

anterioare a grătarului.

Greutatea Ggm [N] a greblei de raclare şi a materialului antrenat de aceasta se determină cu relaţia:

(2.27)în care: Gg [N] – greutatea greblei de raclare;

Gm [N] – greutatea materialului antrenat de greblă.

Greutatea greblei de raclare se determină în funcţie de forma şi dimensiunile acesteia. Dacă se poate determina volumul Vg [m3] al greblei şi se cunoaşte densitatea materialului din care este confecţionată aceasta (foarte frecvent grebla este confecţionată din oţel protejat anticoroziv) atunci greutatea sa se poate determina cu relaţia:

(2.28)în care: Vg [m3] – volumul greblei;

ρg [kg/m3] – densitatea materialului din care este confecţionată grebla (dacă este din oţel, densitatea oţelului are valoarea 7850 kg/m3);

g [m/s2] – acceleraţia gravitaţională care are valoarea 9,81 m/s2.

Greutatea materialului antrenat de grebla de curăţare se poate determina în funcţie de cantitatea de materiale reţinute pe suprafaţa activă a grătarului în perioada în care mecanismul de curăţare nu lucrează. Dacă se consideră că umiditatea materialului antrenat de grebla de raclare este de 80%, atunci greutatea sa se determină cu relaţia:

(2.29)

în care: Qmr zi [kg/zi] – debitul masic zilnic de materiale reţinute pe grătar;topr [h] – perioada dintre două acţionări succesive ale aparatului

de curăţare a grătarului;

Perioada topr [h] dintre două acţionări succesive ale aparatului de curăţare a grătarului este în funcţie de gradul de înfundare a suprafeţei active a grătarului şi este determinat de modul de reglare a instalaţiei de automatizare care comandă funcţionarea sistemului de curăţare al grătarului. Valoarea orientativă pentru topr poate fi între limitele 0,03 – 0,4 h.

46

Determinarea parametrilor principali ai echipamentului de sitare cu grătar plan şi greblă de curăţare pe lanţuri

Forţa Fr [N] necesară ridicării materialului şi greblei pe suprafaţa anterioară a grătarului se determină cu relaţia:

(2.30)

Forţa Ff [N] de frecare a materialului şi greblei cu suprafaţa anterioară a grătarului se apreciază în ipoteza că preponderentă este frecarea dintre greblă şi suprafaţa anterioară a grătarului, caz în care aceasta se determină cu relaţia:

(2.31)în care: μgg – coeficient mediu de frecare între greblă şi suprafaţa

anterioară a grătarului, care poate lua valori între 0,08 – 0,1.

Puterea Pgm [W] necesară antrenării materialului şi greblei pe suprafaţa anterioară a grătarului se determină cu relaţia:

(2.32)

Puterea Pacţ g [W] necesară acţionării mecanismului de curăţare a grătarului plan se determină cu relaţia:

(2.33)

în care: ηmc – randamentul total al mecanismului de antrenare a greblei care poate lua valori între 0,8 – 0,85.

2.3.2.2. Debitele caracteristice şi parametrii dimensionali, cinematici, dinamici şi energetici ai transportorului-compactor.

2.3.2.2.1. Debitele caracteristice ale transportorului-compactor.

Debitul volumic Qv alim [m3/s] de alimentare a transportorului-compactor este debitul volumic zilnic Qvr

*zi [m3/zi] de materiale reţinute cu

umiditate 80% (vezi relaţia 2.5), preluat de la mecanismul de curăţare a grătarului sau sitei. Din cauza modificării unităţii de măsură a debitului se utilizează o relaţie de transformare, şi anume:

(2.34)

Debitul masic Qm alim [kg/s] de alimentare a transportorului-compactor cu materiale reţinute pe grătare sau site cu umiditatea de 80% se determină cu relaţia:

(2.35)

47

Elemente de calcul şi proiectare pentru echipamente de reţinere a suspensiilor grosiere din apele uzate

în care: r [kg/m3] – densitatea reţinerilor cu umiditate de 80% care are valori între 750 950 kg/m3.

Debitele de alimentare volumic Qv alim [m3/s] şi masic Qm alim [kg/s] de materiale reţinute cu umiditatea de 80% se constituie ca mărimi de intrare în procesul de lucru al transportorului - compactor.

Masa specifică mssur [kg/s] de substanţă uscată (cu umiditate 0) a reţinerilor se calculează cu relaţia:

(2.36)

în care: w1 [%] – umiditatea reţinerilor care sunt introduse în transportorul-compactor, cu valoarea uzuală de 80%.

În timpul procesului de lucru al transportorului-compactor se impune ca materialul să fie deshidratat până la o valoare a conţinutului de substanţă uscată de cca. 40% (deci având o umiditate de 60%). Având în vedere că în timpul procesului de deshidratare, cantitatea de substanţă uscată se păstrează, se poate scrie expresia debitului masic Qmdc [kg/s] de material deshidratat şi compactat:

(2.37)

în care: w2 [%] – umiditatea reţinerilor în stare deshidratată şi compactată, cu valoarea uzuală de 60%.

Debitul volumic Qvdc [m3/s] de material deshidratat şi compactat se determină cu relaţia:

(2.38)

în care: sur – densitatea reţinerilor în stare uscată care are o valoare de 1600 2000 kg/m3 [5];

apă – densitatea apei care are valoare de 1000 kg/m3.Debitele volumic Qvdc [m3/s] şi masic Qmdc [kg/s] de materiale

compactate cu umiditate de 60% se constituie ca debite de evacuare ale transportorului-compactor, deci sunt mărimi de ieşire din procesul de lucru al acestuia.

Coeficientul de variaţie a volumului în timpul procesului de compactare se calculează cu relaţia:

(2.39)

48

Determinarea parametrilor principali ai echipamentului de sitare cu grătar plan şi greblă de curăţare pe lanţuri

Debitele volumic Qv apă [m3/s] şi masic Qm apă [kg/s] de apă obţinută prin compactare-deshidratare se poate calcula cu relaţiile:

(2.40)

(2.41)

49