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.
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:
Zavedením celkové mechanické účinnosti stroje ηSC a úpravou rovnice (12) dostaneme pro celkovou účinnost přenosu energie vztah na obrázku 3:
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:
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
- k - součinitel závislý na stupni plasticity zeminy [J.m-4] V tab. 1 jsou uvedeny 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:
- 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: 11427
Citace tohoto článku:
JANEČEK, Adolf, NOVÝ, Vladislav: Model přesunu energie při štěpkování. Biom.cz [online]. 2012-08-27 [cit. 2024-11-01]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-bioplyn-spalovani-biomasy-kapalna-biopaliva-obnovitelne-zdroje-energie/odborne-clanky/model-presunu-energie-pri-stepkovani>. ISSN: 1801-2655.