EnglishRSSkontaktyčlenstvísitemapinzerce a reklama
Biom.cz
biomasa, biopaliva, bioplyn, pelety, kompostování a jejich využití

ODBORNÉ ČLÁNKY

Model přesunu energie při štěpkování

Úvod

Optimalizace provozních a konstrukčních parametrů strojů zásadně ovlivňuje energetickou náročnost, ekonomickou efektivnost a ekologické aspekty prováděných prací. Při řešení problémů optimalizace technologických a technických parametrů energetických systémů vycházíme po stránce analytických rozborů i po stránce experimentálních sledováních sledování důsledně z principu, který jsme pracovně nazvali princip minimaxu (Janeček, 1996). Působní principu minimaxu je obecného charakteru a vyjadřuje vazby mezi vstupy do libovolného systému. Vstupy mají energetický a materiálový charakter. U systémů vyšší hierarchie jsou uvažovány i vstupy pracovních sil.

Materiál a metody

Cílem práce bylo formulovat a verifikovat matematický model umožňující analyzovat vliv provozních a konstrukčních parametrů štěpkovače z hlediska měrné spotřeby energie, ekonomiky provozu a ekologických vlivů. Matematický model je formulován pro energetický prostředek, který aktivně zpracuje určitý materiálový tok (dřevní biomasu apod.) a pasivně působí na zpracovaný materiálový tok (dopravu biomasy).

Výsledky a diskuse

Rovnice přenosu energie

Při odvození pro přenos energie vycházíme z blokového schématu na obr. 1.

 
Obr. 1: Blokové schéma přenosu energie v modelu štěpkonače biomasy
 

V blokovém schéma znamená:

  • Amlc - elementární práce nutná k překonání celkového pasivního odporu mechanických převodů na trakčním ústrojí [J]
  • ηmlc - účinnost mechanických částí trakčního ústrojí [-]
  • dAδ- elementární práce nutná k překonání prokluzu trakčního ústrojí [J]
  • ηδ - prokluzován účinnost [-]
  • dAν - elementární práce nutná k překonání pasivních odporů trakčního ústrojí [J]
  • ηf - valivá účinnost [-]
  • dAm2c - elementární práce nutná k překonání celkového pasivního odporu mechanických a hydraulických převodů na pracovní orgány [J]
  • ηm2c - účinnost přenosu energie z energetického zdroje na pracovní orgány [-]
  • dAn - elementární práce nutná k překonání pasivního odporu mechanického nebo hydraulického převodu energie z energetického zdroje na pracovní stroj [J]
  • ηn - účinnost přenosu energie z energetického zdroje na pracovní stroj [-]
  • dAppl - elementární práce potřebná k překonání pasivních odporů pomocných částí [J]
  • ηppl - účinnost pasivních orgánů napomáhající toku energie štěpkovačem [-]
  • dAap - elementární práce potřebná k překonání pasivních odporů aktivních orgánů přenosu energie na štěpkovači [J]
  • ηap - účinnost aktivních orgánů přenosu energie na štěpkovači [-]
  • dAH - celková elementární práce využitá na tah agregátu [J]
  • dAS - celková elementární práce využitá na aktivní zpracování hmoty [J]
  • dAC - dASC = dA1 [J] (1)
  • dAC - dAHC = dA2 [J] (2)

kde:

  • dAC - celková elementární práce [J]
  • dAHC - elementární práce dodaná trakčnímu ústrojí [J]
  • dASC - elementární práce nutná k pohonu aktivních částí pracovních orgánů [J]
  • dA1 - celková elementární práce nutná k pohonu trakčního ústrojí [J]
  • dA2 - celková elementární práce nutná k pohonu aktivních částí pracovních orgánů štěpkovače [J]

Jednotlivé elementární práce můžeme vyjádřit vztahy :

  • dAm1c = dA1 (1-ηm1c) [J] (3)
  • dAd = dA1 (1-ηδ ) . ηm1c [J] (4)
  • dAν = dA1 (1-ηf ) . ηm1c . ηδ [J] (5)
  • dAm2c = dA2 (1-ηm2c) [J] (6)
  • dAn = dA2 (1-ηn ) . ηm2c [J] (7)
  • dApp1 = dA2 (1-ηpp1 ) .ηm2c . ηn [J] (8)
  • dAp = dA2 (1-ηap) . ηm2c . ηn . ηpp1 [J] (9)

Platí:

  • dA1 = dAm1c + dAδ + dAν + dAH [J] (10)
  • dA2 = dAm2c + dAn + dApp1 + dAS [J] (11)

Celkovou účinnost přenosu energie můžeme vyjádřit vztahem na obrázku 2: 

 
Obr. 2: Vzorec
 

Zavedením celkové mechanické účinnosti stroje ηSC a úpravou rovnice (12) dostaneme pro celkovou účinnost přenosu energie vztah na obrázku 3:

 
Obr. 3: Vzorec
 

V rovnici (13) je:

  • ηSC = ηm2c . ηn . ηap . ηpp1 [-] (14)
     

Přenos a transformace energie štěpkovačem

Jestliže samochodný štěpkovač pracuje kontinuálně můžeme celkovou účinnost přenosu energie ηC a měrnou práci štěpkovače Q vyjádřit vztahy na obrázku 4:

 
Obr. 4: Vzorce
 


V rovnici (15) a (16) je:

  • Fsd - užitečný odpor valení samochodného štěpkovače způsobený převáženou hmotou [N]
  • Ft - valivý odpor energetického měniče [N]
  • Q - měrná práce štěpkovače vztažená na jednotku objemu zpracované hmoty[J.m-3]
  • pS - střední kontaktní tlak v dosedací ploše pneumatiky [N.m-2]

Stopa štěpkovače

Rovnice závislosti mezi středním a kontaktním plakem psv dosedací ploše pneumatiky a jejím zahloubením t má tvar:

  • ps = k . tn [N.m-2] (17)

kde:

  • t - zahloubení pneumatiky [m]
  • n - exponent závislý na stupni plasticity povrchu porostu [-] obrázek 5

 

 
Obr. 5: Exponent závislý na stupni plasticity povrchu porostu
 
  • k - součinitel závislý na stupni plasticity zeminy [J.m-4] V tab. 1 jsou uvedeny doporučené součinitelé k závislé na stupni plasticity zeminy
 
Tabulka 1: Stopa štěpkovače: doporučené součinitelé k závislé na stupni plasticity zeminy
 

Při stanovení funkční závislosti mezi zatížením pneumatik mobilního lesního výrobního systémů a hloubkou vytvoření stopy tA,B pneumatiky vycházíme ze vztahu na obrázku 6:

 
Obr. 6: Vzorec
 
  • YA,B - normální reakce na přední, zadní nápravu mobilního systému [N]
  • bA,B - šířka přední, zadní pneumatiky [m]
  • lA,B - délka otisku přední, zadní pneumatiky [m]

Závěr

Analýza vytvořeného matematického modelu prokázala dominantní vlivy výkonnosti pracovního stroje, jeho hmotnosti a charakteru půdy na sledované provozní parametry a konstrukční vlastnosti štěpkovače. Výsledky prvních výpočtů a experimentů ukázaly, že změny analyzovaných parametrů v rozmezí 5-10 % se odrážely na změnách měrné spotřeby energie, ekonomie provozu a sledovaných ekologických aspektech o 40 - 50 %.

Poděkování

Tyto výsledky byly získány s přispěním grantového projektu NAZV Ministerstva zemědělství ČR „QH920 88 – Stanovení standardů výrobních procesů v lesním hospodářství “.

Literatura

  • JANEČEK, A.: Optimalizace struktury a postupů lesních výrobních systémů v lesním hospodářství. Praha: Lesnická fakulta České zemědělské univerzity v Praze, 1996, 120 s.
  • JANEČEK, A.: Deterministický model štěpkovače optimalizující parametry z hlediska energetiky, ekonomiky a těžebně dopravní eroze. Praha ČZU v Praze, 2003, 35 s. (Uživatelská příručka zpracovaná v rámci výzkumného úkolu QC 0117 NAZV Mze ČR).

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Hodnocení kvality práce štěpkovačů
Náklady na produkci štěpky z rychle rostoucích topolů
Možnosti využití odpadního dřeva po řezu vinic formou výroby topných briket
Technologie pro zpracování dendromasy - těžebních zbytků
Rychle rostoucí dřeviny - technologie sklizně
Vlastnosti paliv z RRD v závislosti na jejich zpracování

Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie, Pelety a brikety, Spalování biomasy

Datum uveřejnění: 27.8.2012
Poslední změna: 6.8.2012
Počet shlédnutí: 3433

Citace tohoto článku:
JANEČEK, Adolf, NOVÝ, Vladislav: Model přesunu energie při štěpkování. Biom.cz [online]. 2012-08-27 [cit. 2017-10-24]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/model-presunu-energie-pri-stepkovani>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto


 
© 2001-2009, CZ Biom  -  České sdružení pro biomasu,  Opletalova 7/918, 111 44 Praha 1,   Tel.: 604 856 036,   E-mail: sekretariat@biom.cz
Webhosting/ webdesign / publikační systém TOOLKIT - Econnect
Treti ruka energieplus Česká peleta Ekologie, pasivní domy, solární energie, alternativní zdroje, zelené bydlení EnviWeb - portál pro ochranu a tvorbu životního prostředí Ekolist po drátě Portál Energetika Internetové energetické konzultační a poradenské středisko Lesnicko-dřevařský www server