Współpraca wentylatora z grubą warstwą ziarna
Wg poradnika Dobrze przechowane zboże (ISBN 83-909784-0-7). Autor: dr inż. Jan Kiryluk
WSPÓŁPRACA WENTYLATORA Z SIECIĄ ODBIERAJĄCĄ POWIETRZE
W celu przybliżenia wzajemnej współpracy wentylatora i sieci odbiorczej opiszę doświadczenie, w którym wentylator tłoczy powietrze do zamkniętego zbiornika. Silnik napędowy przez wirnik przekazuje energię powietrzu, które jest kierowane do zbiornika. W momencie uruchomienia wentylatora cała energia dostarczana do wirnika idzie na nadanie masom powietrza prędkości, czyli jest zamieniana na energię ruchu powietrza (energię kinetyczną). Przy dalszej pracy wentylatora następuje wzrost ciśnienia w zbiorniku, a energia dostarczona do wirnika jest zużywana w coraz większym stopniu na przyrost ciśnienia w zbiorniku (ciśnienia statycznego). Jednocześnie ilość przetłaczanego powietrza maleje. Po pewnym czasie wtłaczanie powietrza do zbiornika zaniknie, a cała dostarczona energia będzie zużywana na utrzymanie podwyższonego ciśnienia w zbiorniku.
Jeśli otworzymy zawór umożliwiający ograniczony wypływ powietrza ze zbiornika, wówczas ciśnienie statyczne w zbiorniku zacznie maleć, a przepływ powietrza przez zbiornik będzie wzrastał. Przy ciągłej pracy wentylatora ustali się pewien poziom równowagi pomiędzy ilością dopływającego i wypływającego powietrza przy stałej wartości ciśnienia statycznego w zbiorniku. Tak wygląda dopasowanie się wentylatora do warunków sieci odbierającej powietrze.
W przypadku podłączenia wentylatora do komory z ziarnem występują podobne zjawiska. Również ustala się równowaga pomiędzy ilością przepływającego przez ziarno powietrza a oporami, jakie stwarza warstwa ziarna. W kanałach osiągamy stałe spiętrzenie statyczne, na skutek którego powietrze pokonując opory przepływu, przenika przez warstwę ziarna ze stałą wydajnością.
Sieć odbiorcza, którą jest komora z ziarnem i kanały łączące wentylator z komorą, określają warunki pracy wentylatora. Pożądany skutek pielęgnacji ziarna zostaje osiągnięty wtedy, gdy wydajność i spiętrzenie powietrza przez wentylator będą większe niż zapotrzebowanie na powietrze i opór warstwy ziarna. Do suszenia ziarna w grubej warstwie należy zapewnić wartość pozornej prędkości przepływu powietrza przez warstwę ziarna nie mniejszą niż 7 [cm/s], a wydajność wentylatora nie mniejszą niż 0,07 [m3/s] – na każdy metr kwadratowy powierzchni perforowanej podłogi. Zostało to omówione w rozdziale 7 poradnika Dobrze przechowane zboże (ISBN 83-909784-0-7) i na stronie www.wentylacja-ziarna.pl/urzadzenia-do-suszenia-ziarna-w-grubej-warstwie/. Przykład wyznaczania oporu warstwy ziarna podano na rysunku 1.
Rysunek 1. Opór warstwy ziarna dla przepływającego powietrza; Δpwz – opór warstwy ziarna, [Pa/m]; vp – pozorna prędkość przepływu powietrza przez warstwę ziarna [m/s]; c, d – stałe podane w tabeli 1 dla różnych rodzajów ziarna; Δpwz_3m = 680 [Pa] = 7 [cm H2O] – opór 3 metrowej warstwy ziarna pszenicy obliczony wg wzoru i tabeli 1 (przykład obliczeniowy zamieszczono w następnym artykule pt. Dobór wentylatora do suszenia ziarna w silosie); w prawej części rysunku przedstawiono anemometr do pomiaru pozornej prędkości przepływu powietrza w warstwie ziarna.
Tabela 1. Stałe c i d do wzoru na opór warstwy ziarna Δpwz – przedstawionego na rysunku 1.
| Rodzaj ziarna | stała c | stała d |
|---|---|---|
| Pszenica | 2263 | 14170 |
| Jęczmień | 1822 | 10339 |
| Owies | 2087 | 9182 |
| Żyto/pszenżyto | 2704 | 12769 |
| Kukurydza | 490 | 8418 |
| Rzepak | 7262 | 23016 |
Problemy współpracy wentylatora z siecią odbierającą powietrze ilustruje rysunek 2. Zwiększenie grubości warstwy ziarna, a co za tym idzie oporów przepływu powietrza przez ziarno, powoduje wzrost ciśnienia statycznego i zmniejszenie ilości przepływającego powietrza. Gdy warstwa ziarna jest tak gruba, że opory przepływu powietrza są większe od maksymalnego ciśnienia wytwarzanego przez wentylator, przepływ powietrza prawie zanika (część B rysunku 2). W takim przypadku wentylator pracuje tylko na utrzymywanie maksymalnego ciśnienia statycznego.
Rysunek 2. Przykład dopasowania wentylatora do przedmuchiwanej warstwy ziarna w sytuacji zmiany jej grubości; wydajność wentylatora musi być większa od zapotrzebowania na powietrze, a spiętrzenie wentylatora większe od oporu sieci czyli oporu warstwy ziarna i kanałów doprowadzających powietrze z wentylatora; wniosek z rysunku: należy dopasować wentylator do maksymalnej grubości warstwy ziarna i maksymalnych oporów warstwy ziarna/nasion; uwaga: warstwa nasion rzepaku powoduje dużo większy opór niż warstwy ziarna zbóż.
W powyższym przykładzie, w części B rysunku 2, źle dobrano wentylator. Jak rozwiązać problem? Oto dwa sposoby: a) zmienić wentylator na taki, który zapewni większe spiętrzenie (spręż) powietrza przy maksymalnej grubości warstwy ziarna/nasion lub b) zwiększyć prędkość wirnika wentylatora (jeśli to możliwe). Sytuację po zmianie wentylatora na większy przedstawiono w części C rysunku 2.
WSKAZÓWKI POMOCNE PRZY DOBORZE WENTYLATORA
Podstawowe dane niezbędne do prawidłowego doboru wentylatora to: (a) ilość powietrza, którą powinien dostarczyć wentylator, tzn. wydajność wentylatora Qw, oraz (b) wartość spiętrzenia całkowitego ΔPc z zakresem dopuszczalnych wahań, która to wielkość wynika z grubości warstwy ziarna i zależy od rodzaju ziarna.
Dane dodatkowe: (a) ustalenie sposobu wyprowadzenia powietrza wylotowego, na przykład pionowo w górę, poziomo w prawo itp.; (b) temperatura powietrza wlotowego. Drugim krokiem jest analiza charakterystyk wentylatorów oferowanych przez różnych producentów. Za prawidłowo dobrany wentylator uznać należy taki, który zapewnia nam dostateczną elastyczność przy zmiennych warunkach pracy sieci odbiorczej, charakteryzuje się: (a) najniższą mocą zainstalowanego silnika (duża sprawność), (b) najmniejszą prędkością wirnika i (c) niskim poziomem hałasu.