Volum 28

Transcription

Volum 28

Bucharest, vol 28, No.2/2009
ISSN: 1583 – 1019
LUCRARI
STIINTIFICE
(INMATEH)
MAY - AUGUST
LUCRĂRI ŞTIINłIFICE (INMATEH)
Vol. 28, No.2 /2009
Managing Editorial Board
Editor Chief
Pirnă Ion, General Manager INMA Bucharest, Prof.on.Dr.Eng.,
SR I, Corresponding member of ASAS,
[email protected]
Scientific Secretary
Ganea Ioan, INMA Bucharest,
Dr.Eng., TDE II; [email protected]
Official translator
Barbu Mihaela, INMA Bucharest,
Prof. English, French
Assistant Editor
VlăduŃ Valentin, Head of Testing
Department - INMA Bucharest, Dr.Eng.,
SR III; [email protected]
Editorial Board
Gângu Vergil, ASAS, Prof.on.Dr.Eng., SR I, Member of ASAS
Bria Nicolae, ASAS, Prof.on.Dr.Eng., SR I, Member of ASAS
Cojocaru Iosif, INMA Bucharest, Prof.on. Dr.Eng., SR I
Brătucu Gheorghe, TRANSILVANIA University from Braşov, Prof. Dr.Eng.
Cândea Ioan, TRANSILVANIA University from Braşov, Prof.Dr.Eng., Corresponding member of ASAS
Popescu Simion, TRANSILVANIA University from Braşov, Prof.Dr.Eng., Member of ASAS
Mitroi Adrian, USAMV Bucharest, Prof. Dr.Ing.
Boruz Sorin, University from Craiova, Lecturer Dr.Eng.
Biriş Sorin, Polytechnic University of Bucharest - Biotechnical Engineering Faculty, Assoc. Prof. Dr.Eng.
Paraschiv Gigel, Polytechnic University of Bucharest - Biotechnical Engineering Faculty, Assoc. Prof. Dr.Eng.
Maican Edmond, Polytechnic University of Bucharest - Biotechnical Engineering Faculty, Lecturer Dr.Eng
Bungescu Sorin, USAMVB Timişoara, Assoc. Prof. Dr.Eng.
Muraru Vergil, INMA Bucharest, Dr.ing., SR I
Nedelcu Mihail, INMA Bucharest, MSc. Eng., TDE II
INMATEH - Agricultural Engineering,
vol. 28, no. 2/2009
NATIONAL INSTITUTE OF RESEARCHDEVELOPMENT FOR MACHINES AND
INSTALLATIONS DESIGNED TO AGRICULTURE
AND FOOD INDUSTRY - INMA Bucharest
6 Ion Ionescu de la Brad Bd, sector 1, Bucharest
Three times a year
ISSN: 1583 - 1019
Edited: INMA Bucharest
2
Vol. 28, No.2 /2009
CUPRINS
/ CONTENTS
Pag.
1.
KINETIC-DYNAMIC ANALYSIS OF THE FARM TRACTOR & TWIN-AXLE TRAILER COMBINATION IN VARIOUS
MECHANICAL STATES
/ ANALIZA CINETICO-DINAMICĂ ASUPRA AGREGATULUI TRACTOR AGRICOL ŞI REMORCA CU DOUĂ AXE (BIAXĂ)
ÎN DIFERITE STĂRI MECANICE
Ionel Andrei 1), Ioan Cândea 2), Nicolae Bria 1)
1)
2)
INMA Bucharest; Transilvania University of Brasov
4
2.
CONSIDERATIONS REGARDING THE SHAKING PROCESS OF CONVENTIONAL CEREAL HARVESTING COMBINES
/ CONSIDERAłII PRIVIND PROCESUL DE SCUTURARE LA COMBINELE CONVENTIONALE DE RECOLTAT CEREALE
Dr. Eng. Ivan Gheorghe; Prof.Dr.Eng. Popescu Simion; Prof. on.Dr. Eng. Gângu Vergil
INMA Bucharest
8
3.
RESEARCH REGARDING AUTOMATED SUPERVISION OF THE WORK PROCESS OF PRECISION SEED DRILLS
/ CERCETARI PRIVIND SUPRAVEGHEREA AUTOMATA A PROCESULUI DE LUCRU AL MASINILOR DE SEMANAT DE PRECIZIE
Msc.Eng. Paunescu Dan-Dorian, CS III
- SC DORIANSOFT SRL -
14
4.
DEVIATION OF LIQUID DROPLETS IN PHYTOSANITARY TREATMENTS
/ ASPECTE PRIVIND DERIVA PICĂTURILOR DE LICHID ÎN CAZUL TRATAMENTELOR FITOSANITARE
Florean RUS PhD Eng.
- Transylvania University of Braşov -
18
5.
WINE CLARIFICATION TECHNOLOGIES THROUGH FILTRATION
/ TEHNOLOGII DE LIMPEZIRE A VINURILOR PRIN FILTRARE
Prof.PhD. Eng.Florean RUS1
Phd. Stud. E. Mărginean Teodor Florin2
1
University Transilvania of Braşov; 2SC JIDVEI SRL, the ALBA Branch
23
6.
TRANSFORMATION OF SANDY SOIL QUALITY FOLLOWING AGRICULTURAL PRACTISES ON SOUTH OLTENIA
/ TRANSFORMĂRI ALE CALITĂłII SOLULUI NISIPOS CA URMARE A PRACTICILOR AGRICOLE DIN SUDUL OLTENIEI
Prof. I.SARACIN*, Dr. OLIMPIA PANDIA*,Prof. M.GHEORGHE**, Assoc. Prof. F.GHEORGHE***
Faculty of Agriculture, University of Craiova*, U.P. Bucharest**, University of Galati***
29
7.
INFLUENCE OF THE EMPLOYED NON IRIGATED SYSTEM AND OF THE APPLIED FERTILITERS ON THE
PRODUCTION OF CROP FRAINS AT THE START HYBRID, IN 2007
/ INFLUENTA TEHNOLOGIEI UTILIZATE (SISTEM NEIRIGAT) SI A INGRASAMINTELOR APLICATE ASUPRA PRODUCTIEI
DE PORUMB BOABE LA HIBRIDUL START –ANUL 2007
Prof. I.SARACIN*, Dr. OLIMPIA PANDIA*, Prof. M.GHEORGHE**, Assoc. Prof. F.GHEORGHE***
32
8.
RESEARCH REGARDING THE POSIBILITY TO USE DETECTION TECHNIQUES FOR THE HARVESTING PROCESS
/ CERCETĂRI PRIVIND UTILIZAREA TEHNICILOR DE DETECłIE ÎN MONITORIZAREA PROCESULUI DE RECOLTARE A
CEREALELOR
Msc.Eng. Simu Ioan, Prof. Dr. ing. Filip Nicolae
Technical University of Cluj-Napoca
35
9.
SELECTION AND SUBSTANTIATION OF WORKING PRINCIPLE, COMPOSITION AND ORGANIZATION OF
COMPUTER SYSTEM FOR DATA TRANSMISSION IN REAL TIME AND IN RECORDS
/ SELECłIA ŞI FUNDAMENTAREA PRINCIPIUL DE FUNCłIONARE, COMPOZIłIA ŞI ORGANIZAREA SISTEMUL DE
TRANSMITERE A DATELOR ÎN TIMP REAL ŞI ÎN ÎNREGISTRĂRI
Assoc. Prof. PhD Angel Sotirov Smrikarov – University of Rousse, Bulgaria
Mag. Eng. Stefan Dimitrov Batanov – University of Rousse, Bulgaria
Assoc. Prof. PhD Nedka Ivanova Stancheva – University of Rousse, Bulgaria
40
10.
HYDROLOGICAL MODELLS FOR THE SOIL EROSION PHENOMEN CAUSED BY THE WATER ACTION ON THE HILLSLOPE
/ MODELE HIDROLOGICE ÎN DOMENIUL EROZIUNII SOLULUI PRODUSĂ DE APĂ PE VERSANłI
Math. P. Cârdei1), Dr. Eng. V. Muraru1), Dr. Eng. C. Muraru - Ionel1), Eng. R. Sfiru1), V. Herea2)
1)
INMA Bucharest, Romania; 2)ICDVV Valea Călugărească, Romania
48
11.
PARTICULARITIES OF TECHNOLOGIES MECHANIZATION-AUTOMATION, IN AGRICULTURE PERFORMED ON
SANDY SOIL IN SOUTHERN OLTENIA
/ PARTICULARITATI ALE TEHNOLOGIILOR DE MECANIZARE-AUTOMATIZARE ÎN AGRICULTURA DE PE SOLURILE
NISIPOASE DIN SUDUL OLTENIEI
PhD. Eng. Ionel GHERLAN - Agricultural School Group Dăbuleni
PhD. Student Florin STOIAN - University of Craiova
55
12.
ASPECTS REGARDING INFLUENCE OF GEOMETRICAL SHAPE OF ORIFICES ABOUT SEEDS GRAVIMETRIC FLOW RATE
/ ASPECTE PRIVIND INFLUENłA FORMEI GEOMETRICE A ORIFICIILOR ASUPRA DEBITULUI DE CURGERE GRAVIMETRIC
AL SEMINłELOR
PhD. Student Eng.Cristian Mieilă, Prof. Dr. Eng Tudor Căsăndroiu – U.P. Bucharest
59
1
Vol. 28, No.2 /2009
13.
INFLUENCE OF THE NITROGEN AND PHOSPHORUS DOSES ON SOME PHYSIOLOGICAL PROCESSES OT THE
CROP HYBRID ORIZONT YEAR – 2007
/ INFLUENłA DOZELOR DE AZOT ŞI FOSFOR ASUPRA UNOR PROCESE FIZIOLOGICE LA HIBRIDUL DE PORUMB
ORIZONT ANUL- 2007
Dr. OLIMPIA PANDIA*, Prof. I.SARACIN*, Eng.F. STOIAN*, Prof. M.GHEORGHE**, Assoc.Prof. F.GHEORGHE***
67
14.
RESEARCHES REGARDING THE INFLUENCE OF FOLIAR CHEMICAL FERTILIZERS PARTICULARITIES AT
BIOLOGICAL AND MORPHOLOGICAL PEA KLEVEDON
/ CERCETĂRI PRIVIND INFLUENłA ÎNGRĂŞĂMINTELOR CHIMICE ŞI FOLIARE ASUPRA PARTICULARITĂłILOR
BIOLOGICE ŞI MORFOLOGICE LA MAZĂRE KLEVEDON
Dr. ing. OLIMPIA PANDIA*, Prof. SARACIN I*, Prof. M.GHEORGHE**, Assoc. Prof. F.GHEORGHE***
*Faculty of Agriculture, University of Craiova, U.P. Bucharest**, University of Galati***
74
15.
POSIBILITY TO USING SOIL ELECTRO-CONDUCTIVITY FOR THE AREA LOCALIZATION WITH LOW YIELD
/ POSIBILITĂłI DE UTILIZARE A ELECTRO-CONDUCTIVITĂłII SOLULUI PENTRU LOCALIZAREA ZONELOR CU PRODUCTIVITATE
SCĂZUTĂ
Eng. Voicea Iulian, Dr. Eng. VlăduŃ Valentin, Eng. Matache Mihai,
- INMA Bucharest, Romania -
78
16.
EXPERIMENTAL RESEARCHES REGARDING THE QUALITATIVE BAKERY ANALYSIS USING THE FALLING INDEX
FOR SOME ROMANIAN PRODUCTION WHEAT FLOURS
/ CERCETĂRI EXPERIMENTALE CU PRIVIRE LA ANALIZA CALITATIVĂ DE PANIFICAłIE UTILIZÂND INDICELE DE
CĂDERE PENTRU UNELE FĂINURI DE GRÂU DE PRODUCłIE ROMÂNEASCĂ
Prof.Dr.Eng. Gh. Voicu, Ass.Eng. M. Tudosie, Prof.Dr.Eng. T. Căsăndroiu,
Assoc. Prof.Dr.Eng. G.Paraschiv, – U.P. Bucharest
88
17.
THE INFLUENCE OF SOIL COMPACTION ON THE CHANGES IN SOIL AND SUNFLOWER YIELD
/ INFLUENłA COMPACTĂRII SOLULUI ASUPRA SCHIMBĂRILOR ÎN SOL ŞI PRODUCłIEI DE FLOAREA SOARELUI
92
18.
RESEARCH REGARDING REDUCTION OF THE ENERGETIC CONSUMPTION AND PRESERVATION OF THE AGRO
PRODUCTIVE POTENTIAL OF THE SOILS CULTIVATED WITH VEGETABLES BY USING A COMPLEX AGGREGATE
/ CERCETĂRI PRIVIND REDUCEREA CONSUMURILOR ENERGETICE ŞI CONSERVAREA STRUCTURII SOLULUI
PRIN UTILIZAREA UNUI AGREGAT COMPLEX DESTINAT ÎNFIINłĂRII CULTURILOR LEGUMICOLE
Phd. Student Eng. Constantin VLAD1, Prof. Dr. Eng. Ioan CÂNDEA2, Dr. biol. Floarea BURNICHI1
Research-Development Station for Vegetable Growing Buzau, Romania;
Transilvania University of Brasov
97
19.
STUDY OF THE AUTHENTICATION OF TECHNOLOGIES FOR THE POTATO CULTURE USED WORLDWIDE AND IN ROMANIA
/ STUDIU DE FUNDAMENTARE A TEHNOLOGIILOR PENTRU CULTURA CARTOFILOR PRACTICATE PE PLAN MONDIAL
SI IN ROMANIA
PhD Student Ciaca Anca
Transilvania University of Brasov Departments of Mechanics, ROMANIA
103
20.
REDUCING ENERGY CONSUMPTION FOR PIG DEPILATE MACHINES BY OPTIMAL POSITION OF ROLLERS
/ REDUCEREA CONSUMULUI ENERGETIC AL MAŞINILOR DE DEPILAT PORCINE PRIN POZIłIONAREA OPTIMĂ A VALłURILOR
Prof. Dr.Eng. Carol CSATLOS
„TRANSILVANIA”University of Braşov
108
21.
THE INFLUENCE OF THE CONSTRUCTIVE AND FUNCTIONAL PARAMETERS OF THE SPRINKLING EQUIPMENTS IN TREE
GROWING ON THE QUALITATIVE WORK INDICES
/ INFLUENTA PARAMETRILOR CONSTRUCTIVI SI FUNCTIONALI ALE UTILAJELOR DE STROPIT IN POMICULTURA
ASUPRA INDICILOR CALITATIVI DE LUCRU
Erculescu Gheorghe, Dr. Eng.
Research & Development Station for Tree Growing Voineşti
115
22.
THEORETICAL CONSIDERATIONS ON THE MECHANICAL-MATHEMATICAL MODELING OF THE TECHNOLOGICAL
PROCESS OF SOIL SCARIFICATION
/ CONSIDERAłII TEORETICE CU PRIVIRE LA MODELAREA MATEMATICĂ - MECANICĂ A PROCESULUI TEHNOLOGIC
DE AFÂNARE A SOLULUI
Mat. PhD student Totolici Ioana Cătălina – Nichita Stănescu Theoretical High School, Ploieşti (România)
Prof. Dr. Eng. Ioan CANDEA – Transilvania University Braşov (România)
Hon. Prof. Dr. Eng. Cojocaru Iosif - INMA Bucureşti (România)
119
23.
INCREASING EFFICIENCY IN GROUND TRANSPORT BY USING A TRAFFIC CONTROL SYSTEM
/ CREŞTEREA EFICIENłEI TRANSPORTULUI TERESTRU PRIN FOLOSIREA UNUI SISTEM DE CONTROL AL TRAFICULUI
Eng. PhD student Mircea MIHĂLCICĂ – Transilvania University Braşov (România)
Eng. PhD student Camelia NICULIłĂ – Transilvania University Braşov (România)
Prof. Dr. Eng. Mat. Sorin VLASE – Transilvania University Braşov (România)
125
24.
THE ENERGY SAVING OPTIONS FOR FIELD MACHINERY
/ REDUCEREA CONSUMULUI DE ENERGIE PRIN OPTIMIZAREA AGREGATELOR AGRICOLE LA CULTURILE DE CAMP
Prof. Dr. Eng. Badescu M., PhD. Student Eng. Dicu Loredana Elena
Universitatea din Craiova
130
L. Savin1, R. Nikolić1, M. Simikić1, M. Tomić1, R. Gligorić1, M. Jarak1, S. ðurić1, P. Sekulić2, J. Vasin2
1
University of Novi Sad, Faculty of Agriculture, Novi Sad, Serbia
2
Institute of Field and Vegetable Crops, Novi Sad, Serbia
2
Vol. 28, No.2 /2009
25.
RESEARCHES ON THE SPECIALISATION OF THE WIDE ROW DRILLS FOR THE CERTAIN CROPS
/ CERCETĂRI PRIVIND SEMĂNATUL DE PRECIZIE SPECIALIZAT PENTRU ANUMITE CULTURI PRĂŞITOARE
PhD. Student Eng. Stoian Florin, Prof. Univ. Dr. Bădescu M.
134
26.
ACTUALITIES AND PERSPECTIVES OF CLEAN ENERGY USING IN AGRICULTURE. CASE STUDY
/ ACTUALITATI ŞI PERSPECTIVE ALE UTILIZARII ENERGIILOR CURATE ÎN AGRICULTURA. STUDIU DE CAZ
Dr. D.M. Constantinescu, Dr. M. Badescu, Dr S. Boruz
- University of Craiova -
139
27.
INCREASING EFFICINCY IN AIR TRANSPORTS USING AIRCRAFTS WITH ADAPTIVE WINGS
/ CREŞTEREA EFICIENłEI TRANSPORTULUI AERIAN UTILIZÂND AVIOANE CU ARIPI ADAPTIVE
Eng. PhD student Andreea BORITU – Politehnica University Bucureşti (România)
Eng. PhD student Andrei BENCZE – Transilvania University Braşov (România)
Prof. PhD. Eng. Ioan CANDEA – Transilvania University Braşov (România)
146
28.
INNOVATIVE CLUSTERS DEVELOPMENT IN ROMANIA
151
/ DEZVOLTAREA CLUSTERELOR INOVATIVE IN ROMANIA
Dr.Cornelia Muraru-Ionel, Eng.Vladutoiu Laurentiu Constantin, Ec.Cristea Oana-Diana
INMA-ITA
3
Vol. 28, No.2 /2009
KINETIC-DYNAMIC ANALYSIS OF THE FARM TRACTOR & TWIN-AXLE TRAILER
COMBINATION IN VARIOUS MECHANICAL STATES
/
ANALIZA CINETICO-DINAMICĂ ASUPRA AGREGATULUI TRACTOR AGRICOL ŞI REMORCA
CU DOUĂ AXE (BIAXĂ) ÎN DIFERITE STĂRI MECANICE.
1)
2)
1)
Ionel Andrei , Ioan Cândea , Nicolae Bria
National Research - Development Institute for Machines and Installations
designed to Agriculture and Food industry
2)
Transilvania University of Brasov, 29 Eroilor Blv, 500036, Brasov, ROMANIA
1)
Abstract: The purpose of this paper is to determine the system
of forces and moments acting upon the combination
consisting of a tractor and a twin-axle trailer, which is
analyzed in various mechanical states, such as: tractortrailer combination traveling on a horizontal road, at constant
speed and in accelerated and decelerated regime; tractortrailer combination traveling up and down an inclined plane,
in accelerated and decelerated regime; tractor-trailer
combination traveling on a horizontal and an inclined plane,
with braking on rear wheels and braking on all the wheels,
for the reduction of such forces and moments in the
coupling device connecting the tractor with the trailer.
Rezumat: Lucrarea are scopul să stabilească sistemul
de forŃe şi momente care acŃionează asupra
agregatului format din tractor şi remorcă cu două axe,
care se analizează în diferite stări mecanice ale
agregatului ca: agregat în deplasare pe drum orizontal
în regim de viteză constantă şi în regim accelerat şi
decelerat; agregat în regim de coborâre şi urcare pe
plan înclinat în regim accelerat şi decelerat; agregat în
deplasare pe plan orizontal şi înclinat cu frânare pe
roŃile posterioare şi frânare pe toate roŃile, pentru
reducerea acestor forŃe şi momente în cupla de
legătură dintre tractor şi remorcă.
Key words: system of forces and moments, mechanical
states, coupling device.
Cuvinte cheie: sistem de forŃe şi momente, stări
mecanice, cuplă.
1. INTRODUCTION
The twin-axle tractor-trailer combination is achieved
by means of coupling devices, which should be in
agreement with the D 89/173/EEC. For the experimental
investigations of such combination, theoretical studies are
needed to determine the forces and moments acting upon
it. These depend on a multitude of aspects, such as:
horizontal road; inclined road; smooth runway; uneven
runway; traveling at constant speed; traveling in
accelerated and decelerated regime; braking only on rear
wheels; all-wheel braking (on rear and front wheels);
straight-line traveling; traveling through a curve.
The tractor-trailer combination traveling conditions determine
systems of forces and moments (systems of given or active forces
and systems of connecting forces and moments, or reactions),
which are reduced in the coupling device connecting the tractor
with the trailer, thus resulting a dual system, made up of the
1. INTRODUCERE
Agregatul tractor-remorcă cu două axe se realizează
prin cuple care trebuie să se încadreze în D 89/173/ CEE, iar
pentru cercetările experimentale ale acestuia sunt necesare
studii teoretice care să stabilească forŃele şi momentele ce
acŃionează asupra agregatului. Acestea sunt determinate de
o multitudine de aspecte ca: drum orizontal; drum înclinat;
cale de rulare netedă; cale de rulare denivelată; deplasare cu
viteză constantă; deplasare în regim accelerat şi decelerat;
frânare numai pe roŃile posterioare; frânare integrală (pe
roŃile posterioare şi pe roŃile anterioare): deplasare în linie
dreaptă; deplasare în curbă.
CondiŃiile în care se produce deplasarea agregatului
determină sisteme de forŃe şi momente (sisteme de forŃe
date sau active şi sisteme de forŃe şi momente de
legătură sau reacŃiuni) care se reduc în cupla de legătură
dintre tractor şi remorcă rezultând un sistem dual format
resultant R and the resultant moment M O , which determine the
coupling device behavior in the following two respects: the
kinematics aspect and the dynamic aspect; both of them should
meet the conditions imposed by the EU norms as regards the
degrees of mobility.
The coupling device should allow the following movements:
oscillation in the horizontal plane as related to the symmetry axis
of the tractor-trailer combination; pitching motion; rolling motion
and if these motions take place simultaneously, then the
adequate coupling device would be the spherical joint (Figure 1).
din rezultanta R şi momentul rezultant M O care
determină comportarea cuplei din punctul de vedere a
două aspecte: aspect cinematic; aspect dinamic, care
ambele trebuie să corespundă condiŃiilor impuse de
normele UE cu privire la gradele de mobilitate.
Cupla trebuie să permită următoarele mişcări:
oscilaŃie în plan orizontal în raport cu axa de simetrie a
agregatului; mişcare de tangaj; mişcare de ruliu, iar dacă
aceste mişcări ar avea loc simultan, atunci cupla de
legătură adecvată este articulaŃia sferică (fig.1).
r
r
r
r
Fig. 1
4
Vol. 28, No.2 /2009
2. Tractor-trailer combination traveling at constant speed,
on a level and on a slope road
Figure 2 shows the system of forces and moments
acting upon the tractor-trailer combination, when this is
traveling on a level road (figure 2a) and on a slope (figure
2b).
Fig. 2a
The system of forces and moments acting upon the
tractor consists of the following elements: G – the tractor
weight; G1 – the component of the tractor weight parallel
to the inclined plane; G2 - the component of the tractor
weight perpendicular to the inclined plane; Z1, Z2 – the
runway reaction forces (reactions) acting upon the tractor
wheels; M r1 , M r – the rolling resistance moments (rolling
2
friction moments) of the tractor wheels; Fa – the air resistance
force; F1, F2 – tangential reaction forces (reactions) acting
upon the tractor; Mm – the driving torque transmitted to
the drive wheels; Fm – the driving force developing in the
process of interaction between the rolling systems and the
ground, under the action of the driving torque Mm.
The system of forces and moments acting upon the
trailer consists of the following elements: Q – the trailer
weight; Q1 – the component of the trailer weight parallel to
the inclined plane; Q2 - the component of the trailer weight
perpendicular to the inclined plane; Z3, Z4 – the runway
reaction forces (reactions) acting upon the trailer wheels;
M r3 , M r4 - the rolling resistance moments (rolling friction
Far
2. Agregat tractor–remorcă în deplasare cu viteză
constantă pe drum drept şi în pantă
În figura 2 se prezintă sistemul de forŃe şi
momentele care acŃionează asupra agregatului la
deplasarea pe drum drept (fig. 2.a) şi la deplasarea pe
pantă (fig. 2.b)
Fig. 2b
Asupra tractorului acŃionează sistemul de forŃe si
momente compus din următoarele elemente: G- greutatea
tractorului; G1- componenta greutăŃii tractorului paralelă
cu planul înclinat; G2- componenta greutăŃii tractorului
perpendiculară pe planul înclinat; Z1, Z2- reacŃiunile căii de
rulare asupra roŃiolor tractorului; M r1 , M r ,- momentele
2
de rezistenŃă la rulare (momentele de frecare de
rostogolire) ale roŃilor tractorului; Fa- forŃa de rezistenŃă a
aerului; F1 , F2 – reacŃiunile tangenŃiale asupra tractorului;
Mm – momentul motor transmis roŃilor motoare; Fm –forŃa
motoare care se dezvoltă în procesul de interacŃiune a
sistemelor de rulare cu solul sub acŃiunea momentului
motor Mm.
Asupra remorcii acŃionează sistemul de forŃe şi
momente compus din următoarele elemente: Q- greutatea
remorcii; Q1- componenta grautăŃii remorcii paralelă cu
planul înclinat; Q2- componenta greutăŃii remorcii
perpendiculară pe planul înclinat; Z3, Z4 – reacŃiunile căii
de rulare asupra roŃilor remorcii; M r3 , M r4 - momentele de
rezistenŃă la rulare (momentele de frecare de rostogolire)
moments) of the trailer wheels;
- the air resistance force
acting upon the trailer; F3, F4 – the tangential reaction
forces (reactions) acting upon the trailer wheels.
ale roŃilor remorcii; Far - forŃa de rezistenŃă a aerului
asupra remorcii; F3 ,F4 – reacŃiunile tangenŃiale asupra
roŃilor remorcii.
3. Tractor-trailer combination traveling on a level and a
slope road, with braking on rear wheels
traveling on a level road and up and down a slope, with
braking on the rear wheels (Figure 3 a, b, c).
3. Agregat tractor-remorcă în deplasare pe drum drept
şi în pantă cu frânare pe roŃile posterioare
În figura 3 se prezintă sistemul de forŃe şi momente
care acŃionează asupra agregatului la deplasarea pe
drum drept şi în pantă la urcare şi coborâre cu frânare pe
roŃile posterioare (fig. 3 a,b,c).
Fig. 3a
Fig. 3b
5
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 3
As a rule, the forces and moments specified in
paragraph 2 act upon the tractor-trailer combination.
Besides these dynamic quantities, the following ones act,
În general, asupra agregatului tractor-remorcă
acŃionează forŃele şi momentele care s-au precizat în
paragraful 2. Pe lângă aceste mărimi dinamice mai
too: F1i , F2i and F3i , F4i - the inertia forces acting upon the
tractor
wheels
and
on
the
trailer
wheels;
acŃionează următoarele: F1i , F2i si F3i , F4i - forŃele de
inerŃie care acŃionează asupra roŃilor tractorului şi asupra
M1i , M 2i and M 3i , M 4i - the moments of the inertia forces
acting upon the tractor wheels and the trailer wheels; Mf the braking moment applied to the tractor rear wheels;
roŃilor remorcii; M 1i , M 2i si M 3i , M 4i - momentele forŃelor de
inerŃie care acŃionează asupra roŃilor tractorului şi asupra
roŃilor remorcii; Mf - momentul de frânare care se aplică
M 3f , M 4f - the moments of the braking forces applied to
roŃilor posterioare ale tractorului; M 3 , M 4 - momentele forŃelor
the trailer wheels; Fti - the inertia force fictitiously applied
de frânare care se aplică roŃilor remorcilor; Fti - forŃa de inerŃie
to the tractor; Fri - the inertia force fictitiously applied to
the trailer.
fictiv aplicată asupra tractorului; Fri - forŃa de inerŃie fictiv
aplicată asupra remorcii.
4. Tractor-trailer combination traveling on a level and
a slope road, with integral braking
traveling on a level road and up and down a slope, with
integral braking (Figure 4 a, b, c).
4. Agregat tractor-remorcă în deplasare pe drum drept
şi în pantă cu frânare integrală
În figura 4 se prezintă sistemul de forŃe şi
momente care acŃionează asupra agregatului la
deplasarea pe drum drept şi în pantă la urcare şi coborâre
cu frânare integrală (fig. 4. a,b,c)
f
Fig. 4a
f
Fig 4b
Fig. 4c
6
Vol. 28, No.2 /2009
As a rule, the forces and moments specified in
paragraphs 2 and 3 act upon the tractor-trailer
combination. Besides these dynamic quantities, the
following ones act, too: Fm1 , Fm2 - the driving forces
În general, asupra agregatului tractor-remorcă
acŃionează forŃele şi momentele care s-au precizat în
paragraful 2 şi 3. Pe lângă aceste mărimi dinamice mai
acŃionează următoarele: Fm1 , Fm2 - forŃele motoare care
developing in the process of interaction between the
rolling system and the ground, under the action of the
driving torques M m1 , M m2 referring to the front and rear
se dezvoltă în procesul de interacŃiune a sistemului de
rulare cu solul sub acŃiunea momentelor motoare
M m1 , M m2 cu referire la roŃile motoare anterioare şi
drive wheels; M F1 , M F2 - the braking moments applied to
posterioare; M F1 , M F2 - momentele de frânare care se
the tractor front and rear wheels; M F3 , M F4 - the braking
aplică roŃilor anterioare şi posterioare ale tractorului; M F3 , M F4
moments
wheels;
- momentele de frânare care se aplică roŃilor remorcii;
F1 f , F2f , F3f , F4f the braking forces on the wheels of
applied
to
the
F1 f , F2f , F3f , F4f - forŃele de frânare la roŃile tractorului şi
the tractor and the trailer; F1m , F2m - the resistance force
in the engine, reduced at the front and rear wheels,
resulting only in case of braking without declutching.
remorcii; F1m , F2m - forŃa de rezistenŃă din motor redusă la
roŃile anterioare şi posterioare rezultate numai în cazul
frânării fără debraiere.
5. CONCLUSIONS
The twin-axle tractor-trailer transport combination, in
various versions, is frequently used for the transportation
of a wide range of materials in solid, liquid and gaseous
states or in bulk, generally characterized by various physicalmechanical properties.
The researches on the coupling device connecting
the tractor and the twin-axle trailer, which should observe
the EU norms, require thorough kinetic-dynamic analyses,
in order to determine the systems of active forces and
moments and reactions acting upon the twin-axle tractortrailer combination.
The systems of forces and moments have been
determined according to the mechanical states of the
tractor-trailer combination, such as: traveling on a level
road, an inclined road, at constant speed and in
accelerated and decelerated movement.
The theoretical study demonstrates that, under the
traveling conditions of the twin-axle tractor-trailer combination,
the system of the active forces and the system of the reaction
forces (reactions) come down to a mechanical entity made up of
5. CONCLUZII
Agregatul de transport tractor-remorcă cu două axe în
diferite variante constructive este frecvent utilizat pentru
transportul unei game variate de materiale aflate în stări
solide, lichide, gazoase sau în vrac, în general caracterizate
prin proprietăŃi fizico-mecanice diferite.
Cercetările asupra cuplei de legătură dintre tractor şi
remorcă cu două axe care trebuie să îndeplinească normele
prevăzute de U.E presupun analize profunde din punct de
vedere cinetico-dinamic, cu scopul de stabilirea sistemelor de forŃe
şi momente active şi reacŃiuni care acŃionează asupra
agregatului tractor-remorcă cu două axe.
Sistemele de forŃe şi momente s-au determinat în
dependenŃă cu stările mecanice în care se află agregatul
ca deplasările pe drum drept, drum înclinat în mişcare de
regim (viteză constantă) şi în mişcare accelerată şi
decelerată.
Studiul teoretic demonstrează că în condiŃiile de
deplasare a agregatului tractor-remorcă cu două axe,
sistemul forŃelor active şi sistemul reacŃiunilor se reduce la
o entitate mecanică formată din rezultantele forŃelor
r
r
the resultants of the forces R
r
r'
trailer
r
and R ' and the resultants of
r
the moments M O and MO ( R , M O - the torsor of the active
r
r
r
r
r
r
R şi R ' şi rezultantele momentelor M O şi M O'
r
r r
r
( R , M O - torsorul forŃelor active şi R ' , M O' - torsorul
forces and R ' , M O' - the torsor of the reactions).
The kinetic-dynamic analysis demonstrates that a coupling
device should be interposed between the tractor and the twinaxle trailer, to simultaneously allow three degrees of mobility
( ω x , ω y , ω z ) or, in particular, two degrees of mobility ( ω x , ω y ),
reacŃiunilor).
Analiza cinetico-dinamică demonstrează că între
tractor şi remorcă cu două axe trebuie să fie intercalată o
cuplă care să permită simultan trei grade de mobilitate
( ω x , ω y , ω z ) sau în particular, două grade de mobilitate
or one degree of mobility ( ω x ).
The kinetic-dynamic study leads to the conclusion
that, to meet the imposed kinematic conditions, a coupling
device should be carried out by means of a cylindrical
joint, a spherical joint, or a quasi-cylindrical-spherical joint,
which, as a matter of fact, is the most practical one.
Studiul cinetico-dinamic conduce la concluzia că
o cuplă care să îndeplinească condiŃiile cinematice
impuse trebuie să fie realizatată printr-o articulaŃie
cilindrică,
articulaŃie
sferică
sau
articulaŃie
cvasicilindrosferică care, de fapt este cea mai practică.
6. REFERENCES / BIBLIOGRAFIE
[1]. Bodea, C. M. (2008): „Studii teoretice şi experimentale asupra
cuplelor dintre tractor şi semiremorci”, teză de doctorat.
(“Theoretical and Experimental Studies on Coupling Devices
between Tractors and Semi-Trailers” – doctorate thesis).
[2]. Cândea, I. et al. (1998, 2001, 2003): „Mecanică - statică,
cinematică, dinamică”, („Mechanics – Static, Kinematic, Dynamic”),
Editura didactică şi pedagogică, Editura Transilvania, Braşov.
[3]. Ciupercă, R. (2009): „Trenuri de rulare autodirecŃionale”
(„Self-Steering Running Gears”), Editura Terra Nostra.
( ω x , ω y ), un grad de mobilitate ( ω x ).
[4]. Năstăsoiu, S. et al. (1983): „Tractoare” (Tractors),
Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti;
[5]. Nedelcu, A. (2008): „Sisteme de suspensie la remorcile agricole”
(Suspension Systems at Farm Trailers), Editura Terra
Nostra;
[6]. Popa, L. (2008): „Sisteme de frânare la remorcile agricole”
(Braking Systems at Farm Trailers), Editura Terra Nostra;
[7]. Tecuşan, N., Ionescu, F. (1995): „Tractoare şi automobile”
(Tractors and Automobiles), Editura Miron, Timişoara.
7
Vol. 28, No.2 /2009
CONSIDERATIONS REGARDING THE SHAKING PROCESS OF CONVENTIONAL CEREAL
HARVESTING COMBINES
/
CONSIDERAłII PRIVIND PROCESUL DE SCUTURARE LA COMBINELE CONVENTIONALE DE
RECOLTAT CEREALE
Ddr. ing. Ivan Gheorghe; Prof.dr.ing. Popescu Simion; Prof. on.dr. ing. Gângu Vergil
Abstract:
The conventional harvesting combine for cereal
comprise a shaker aiming (straw walkers) to separate the
seeds out of straws coming from the threshing apparatus. The
working capacities of the straw walkers and implicitly of
harvesting combine depend on the configuration and
kinematics regime of shaker. Within the following paper a new
theory of straw displacement on the shaker is presented. This
theory is decisive for manufacturing a performant shaker.
Rezumat:
Combina convenŃională de recoltat cereale are în
alcătuire scuturătorii ce au ca scop separarea seminŃele
din paiele ce provin de la aparatul de treier. Capacitatea de
lucru a scuturătorilor şi implicit a combinei depinde de
configuraŃia şi de regimul cinematic al scuturătorilor. În
cuprinsul acestei lucrări este prezentată o teorie nouă a
deplasării materialului pe scuturători. Această teorie este
decisivă pentru producerea unor scuturători performanŃi.
Keywords: harvesting combine, straw walker; new technology
Cuvintele cheie: combină de recoltat, scuturător, tehnologie nouă
INTRODUCTION
The conventional cereal harvesting combines (fig.1)
are made of two main parts: the header and the thresher.
The header is a combine’s equipment designed to
plants cutting and transporting to the thresher. The
header’s main working parts are the cutter apparatus, the
pick-up reel and the feeding auger.
The combine thresher is used at plants threshing
(opening and separating the seeds from the ears), separating
and cleaning the seeds of main crop from the straw parts
(straw, chaff), from the weed seeds and other impurities. The
main working parts of the threshing machine are the threshing
apparatus, the straw walkers and the cleaning system.
The header’s elevator is a rake conveyor, which enables
the coupling with the header and transports the vegetal matter
to the threshing machine and the conveyor of non-threshed
ears, the conveyor for seeds and the hopper are the other parts
of the technological flow, characterizing a conventional cereal
harvesting combine.
The conventional cereal harvesting combines use the
shaker’s straw walkers, disposed on two axles (fig.2),
because this system is simple in terms of construction,
technologically efficient, less-power consuming and does
not harm the seeds.
INTRODUCERE
Combinele convenŃionale de recoltat cereale (fig.1)
se compun din două părŃi principale: hederul şi batoza.
Hederul este un echipament al combinei folosit la
tăierea plantelor şi transportarea acestora la batoză. Organele
principalele de lucru ale hederului sunt aparatul de tăiere,
rabatorul şi transportorul cu melc.
Batoza combinei este folosită la treieratul plantelor
(desfacerea şi separarea seminŃelor din spice), separarea
şi curăŃirea seminŃelor culturii de bază de părŃile păioase (paie,
pleavă), de seminŃele de buruieni şi de alte impurităŃi. Organele
principale de lucru ale batozei sunt aparatul de treier, sistemul
de scuturare (scuturător) şi sistemul de curăŃire.
Elevatorul heder este un transportor cu racleŃi care
face posibilă cuplarea hederului şi transportul masei
vegetale la batoză, iar transportorul de spice netreierate,
transportorul de seminŃe şi buncărul sunt alte organe de
lucru ale fluxului tehnologic al unei combine convenŃionale
de recoltat cereale.
Combinele convenŃionale de recoltat cereale folosesc
scuturătorul cu cai pe două axe (fig.2) deoarece din punct de
vedere constructiv este simplu, eficient sub raport tehnologic,
necesită pentru acŃionare o putere redusă şi nu vătăma
seminŃele.
Fig. 1 - Main working parts of a conventional cereal harvesting combine /
Organele principale de lucru ale unei combine convenŃionale de recoltat cereale
Fig. 2 - Straw walkers with shaking parts on two axles / Scuturător cu cai pe două axe
8
Vol. 28, No.2 /2009
At the current conventional combines, the shaker with
straw walkers on two axles comprises 4÷8 shaking parts
(straw walkers) and two crank axles from which the rear
one is aimed at the shaker driving operation. The shaking
parts have 4÷11 cascades, 5÷12 sieves for separating the
seeds out of the straw matter and in crossing section are
shaped as a chute. The chute has side walls with toothed edges
(retaining elements) aimed at retaining the matter on shaking
elements and maintaining its movement forward in comparison
with the combine’s evacuation system. When the shaking parts
are not endowed with collecting chutes, under the respective
shaking part is set an inclined plane designed to guide the
separated fragments towards the combine oscillating plane.
The shaking parts (fig. 3) of the shaker straw walkers
disposed on two axles perform a plane-parallel movement,
any point achieving circles whose radius equals the radius
of arrangement of crank axle levers. This motion
determines two processes: the straw displacement toward the
evacuation of the harvesting combine; the separation of seeds.
separation area
feeding area
active part
of threshhold
cascade
cascade angle
active part of
retaining element
zona de separare
zona de alimentare
partea activa a pragului
La combinele convenŃionale actuale, scuturătorul cu cai
pe două axe este compus din 4÷8 elemente de scuturare
(cai) şi doi arbori cotiŃi (axe), din care cel posterior este
pentru acŃionarea scuturătorului. Elementele de scuturare
au 4÷11 cascade, 5÷12 site de separare a seminŃelor din
vraf şi sunt de regulă în secŃiune transversală sub formă de
jgheab. Jgheabul are pereŃii laterali cu margini dinŃate
(denumite elemente de reŃinere) pentru reŃinerea vrafului
pe elementele de scuturare şi avansul acestuia în sensul
evacuării din combină. În cazul în care elementele de
scuturare nu sunt prevăzute cu jgheaburi de colectare, sub
scuturător este dispus un plan înclinat pentru dirijarea
fracŃiunilor separate către planul oscilant al combinei.
Elementele de scuturare (fig. 3) ale scuturătorului cu
cai pe două axe efectuează o mişcare plan-paralelă, orice
punct efectuând cercuri de rază egală cu raza de
dispunere a manetoanelor arborilor cotiŃi ai scuturătorului.
Această mişcare produce două procese: deplasarea vrafului în
direcŃia evacuării din combină şi separarea seminŃelor.
cascada
unghiul cascadei cu sita
partea activa a
elementului de retinere
evacuation area
angle of retaing element active part
zona de evacuare
unghiul partii active a elementului
de retinere cu sita
Fig. 3 - Reprezentation of shaker areas / Reprezentarea suprafeŃei de scuturare
Both processes are simultaneously performed on all
operating areas, but depending on the respective area one
of them is preponderant. In terms of leading process, the
shaking elements have three functional areas:
feeding area – where the vegetal matter resulted from
the threshing apparatus is taken by the shaking element;
separating area - where the preponderant process is the
seeds separation from the vegetal matter;
evacuating area – where the preponderant process is the
evacuation of straws out of the combine.
According to this theory, the matter displacement speed on
the shaker’s straw walkers disposed on two axles depends on the
acting rotational speed, the radius of crankpins arrangement on
crank axles and the sieves angles in comparison with the
horizontal. Unfortunately, this theory does not cover all the aspects
regarding the matter movement on this shaker, namely:
the cascades’ importance is not emphasized and the
matter’s displacement on the shaking part is not studied;
there is not any study on the influence of cascades’
angles, the restraining elements active part and the
sieves sills in comparison with sieves regarding the
displacement features;
there is not any calculation method of cascades height,
restraining elements active part height and sieves sills
heights;
there is not a calculation methodology for shaker
rotational speed.
As a result of those presented above, a new theory on
the matter displacement on the two-axle straw walker
Pe toate zonele funcŃionale cele două procese se petrec
concomitent, dar în funcŃie de zonă unul din procese este
preponderent. Din punct de vedere al procesului preponderent,
elementele de scuturare au trei zone funcŃionale:
zona de alimentare - unde vraful rezultat de la aparatul
de treier este preluat de elementul de scuturare;
zona de separare - unde procesul preponderent este
separarea seminŃelor din vraf;
zona de evacuare - unde procesul preponderent este
evacuarea paielor din combină;
Conform actualei teorii viteza de deplasare a vrafului
pe scuturătorul cu cai pe două axe depinde de turaŃia de
acŃionare a scuturătorului, raza de dispunere a
manetoanelor pe arborii cotiŃi şi de unghiul sitelor în raport
cu orizontala. Teoria nu acoperă însă toate aspectele
deplasării vrafului pe acest scuturător şi anume:
nu se evidenŃiază importanŃa cascadelor şi nu este studiată
deplasarea vrafului pe elementul de scuturare în zona acestora;
nu există un studiu privind influenŃa unghiurilor făcute de
cascade, partea activă a elementelor de reŃinere şi
pragurilor sitelor în raport cu sitele asupra
caracteristicilor deplasării;
nu există o metodologie de calcul a înălŃimii cascadelor,
a înălŃimii părŃii active a elementelor de reŃinere şi
pragurilor sitelor;
nu există o metodologie de calcul a turaŃiei optime a
scuturătorului;
Ca urmare a celor prezentate, se propune o nouă
teorie privind deplasarea vrafului pe un scuturător cu cai pe
9
Vol. 28, No.2 /2009
shaker is proposed. This theory enriches the previously
mentioned factors with the cascades angle in comparison
with sieves as main factor in defining the characteristics of
displacement on the shaker.
Figure 4 shows the trajectory of matter displacement
situated on area of separation of a shaking element, at an
axle complete rotation for a cascade and the active part of
retaining elements which forms with the sieve an angle of
90°+ δ.
două axe. Această teorie adaugă la factorii menŃionaŃi
anterior înălŃimea, unghiul cascadelor şi elementelor de
reŃinere în raport cu sitele, ca factori principali în definirea
caracteristicilor deplasării vrafului pe scuturător.
În figura 4 este reprezentată traiectoria deplasării
vrafului aflat pe zona de separare a unui element de
scuturare, la o rotaŃie comletă a axului pentru o cascadă şi
partea activă a elementelor de reŃinere care fac cu sita un
0
unghi 90 +δ.
Fig. 4 - Path of matter displacement on separation area of a shaking element /
Traiectoria deplasării vrafului pe zona de separare a unui element de scuturare
The matter displacement path on a shaking element
is determined by the relation:
ω t1 = arcsin
cos(α + δ ) + f sin(α + δ ) + f
Traiectoria deplasării vrafului pe un element de
scuturare este determinată cu ajutorul relaŃiei:
k 2 (1 + f
k (1 + f
where ωt1 is the angle of crank shaft at which the matter
begins to detach from the shaking element and to skip on
the wall of cascade of retaining elements’ active part;
α – sieve angle in comparison with the horizontal;
δ – angle of cascade and retaining elements’ active part in
comparison with the following sieve;
k – shaker cinematic regime k = ω2 r / g ;
ω – angular speed of crank shaft;
r – ray of arrangement of crank shaft’s crankpins;
g – gravitational acceleration;
f – friction coefficient of matter – shaking element.
If ω t1 ≥ 0 , it results:
2
2
)
) − [ cos(α + δ ) + f sin(α + δ ) ]
2
−δ;
(1)
unde ωt1 este unghiul axului cotit la care se produce desprinderea
vrafului de pe elementul de scuturare şi alunecarea acestuia pe
peretele cascadei părŃii active a elementelor de reŃinere;
α – unghiul sitei în raport cu orizontala;
δ – unghiul cascadei şi părŃii active a elementelor de
reŃinere în raport cu sita care urmează;
k – regimul cinematic al scuturătorului k = ω2 r / g ;
ω – viteza unghiulară a axului cotit;
r – raza de dispunere a manetoanelor axului cotit;
g – acceleraŃia gravitaŃională;
f – coeficientul de frecare vraf-element scuturare;
Se pune condiŃia ω t1 ≥ 0 şi rezultă:
cos(α + δ ) + f sin(α + δ ) + f k 2 (1 + f 2 ) − [ cos(α + δ ) + f sin(α + δ ) ]
2
arcsin
k (1 + f 2 )
The inequation result represents the maximum value of
δ angle of cascade and retaining elements active part in
comparison with the next sieve
ωt2 = 900 − δ + arcsin
sin(α + δ )
k
(3)
where ωt2 is the crank shaft angle at which the vegetal
matter jumps from the shaking element;
≥ δ;
(2)
Rezultatul inecuaŃiei reprezintă valoarea maximă a
unghiului δ al cascadei şi părŃii active a elementelor de reŃinere
în raport cu sita care urmează.
ωt2 = 900 − δ + arcsin
sin(α + δ )
k
(3)
unde ωt2 este unghiul axului cotit la care se produce saltul
vrafului de pe elementul de scuturare;
10
Vol. 28, No.2 /2009
c (δ ) r
H =
(4)
where H is the matter displacement on cascade or
retaining elements active part;
c(δ) – proportionality coefficient;
2
where Hfall is the first cascade’s height;
Hv – matter’s thickness;
Hv =
λq
;
bγ s v
(8)
where Hv is the vegetal matter’s thickness;
λ – straw content coefficient out of total harvested
mass;
q – combine feeding flow, kg/s;
b – threshering machine width, m;
3
γs – matter capacity mass, kg/m ;
v – displacement speed of matter on shaker, m/s;
ω t3 = ω t2 + A(δ ) + A δ 2 + B(δ ) ;
unde Hparte
reŃinere;
cos (α + δ ) + f sin (α + δ )
k
A(δ ) = k 1 + c(δ ) 2 + 2c(δ ) cos (ωt2 + δ )
sin ( β − α )
cos α
c(δ ) k cos δ
2k
B(δ ) =
(ωt2 − ωt1 ) −
( sin ωt3 − sin ωt2 ) ;
cos α
cos α
c(δ ) sin (ωt2 + δ )
β = α + 900 − ωt2 + arcsin
;
1 + c(δ ) 2 + 2c(δ ) cos (ωt2 + δ )
(10)
Taking into account that the intensity of seeds
separation from the matter of the shaker walkers is directly
proportional with the jump time, its value will be given by
the relation:
t jump =
ω t3 − ω t 2
=
ω
A(δ ) + A(2δ ) + B(δ )
(11)
kg
r
T jump =
sieves
A(δ ) + A(2δ ) + B(δ )
(12)
S
kg
r
The function diagram Tjump has a maximum point
appropriate to Kinematic regime considerated as optimum
at which the loosening degree and separating intensity of
seeds from the matter will be maximum:
(7)
ω t3 = ω t 2 + A(δ ) +
A( δ ) 2 + B( δ ) ;
(9)
unde ωt3 este unghiul axului cotit la care se produce căderea
vrafului pe elementul de scuturare;
sin ( β − α )
A(δ ) = k 1 + c(δ ) 2 + 2c(δ ) cos (ωt2 + δ )
;
cos α
(10)
c(δ ) k cos δ
2k
B(δ ) =
(ωt2 − ωt1 ) −
( sin ωt3 − sin ωt2 ) ;
cos α
cos α
c(δ ) sin (ωt2 + δ )
;
β = α + 900 − ωt2 + arcsin
1 + c(δ ) 2 + 2c(δ ) cos (ωt2 + δ )
Considerând că intensitatea separării seminŃelor din
vraful aflat pe un scuturător cu cai pe două axe este direct
proporŃională cu durata saltului, valoarea acesteia va fi
dată de relaŃia:
tsalt =
2
ωt3 − ωt2 A(δ ) + A(δ ) + B(δ )
=
ω
kg
(11)
Corespunzător numărului de salturi executat de vraf
pe zona de separare, timpul total Tsalt se calculează
conform relaŃiei (12):
Tsalt =
Ltotal
sit e
A(δ ) +
A(2δ ) + B(δ )
S
(12)
kg
r
Graficul funcŃiei Tsalt are un punct de maxim
corespunzător regimului cinematic considerat optim la care
gradul de afânare şi intensitatea separării seminŃelor din
vraf vor fi maxime:
'
'


2
L

A
A
B
+
+
(δ )
(δ )
(δ )
total sieves
'
 = 0 ⇒ koptim
T jump
=
S

kg



r


In figure 5 is represented the function diagram of Tsalt.
H cascada. ≥ H v
unde Hcascadă este înălŃimea primei cascade;
Hv - grosimea vrafului;
(8)
λq
Hv =
;
bγsv
unde Hv este grosimea vrafului;
λ – coeficientul conŃinutului de paie în masa totală
recoltată;
q – debitul de alimentare al combinei, în kg/s;
b – lăŃimea batozei, în m;
3
γs – masa volumică a vrafului, în kg/m ;
v – viteza de deplasare a vrafului pe scuturător, în m/s;
r
According to the number of jumps performed on the
separating area the time total Tjump is calculated in
compliance with the relation (12):
Ltotal
(5)
Hparte activa>H
(6)
este înălŃimea părŃii active a elementelor de
(9)
;
(ωt2 − ωt1 )
activa
( )
where ωt3 is the angle of crank shaft at which the matter
falls from the shaking element;
(4)
− ω t1 )
unde H este deplasarea
vrafului pe cascadă sau partea activă a elementelor de
reŃinere;
c(δ) – coeficient de proporŃionalitate;
c(δ ) = cos (ωt1 + δ ) − cos (ωt2 + δ ) + f sin (ωt1 + δ ) − sin (ωt2 + δ )  −
Hactive part>H
(6)
where Hactive part is the active part height of retaining elements;
(7)
H fa ll . ≥ H v
(ω t 2
(13)


2
L

A
+
A
+
B
(
δ
)
(
δ
)
(
δ
)
total
site
'
 = 0 ⇒ koptim
Tsalt
=
 S

kg


r


În figura 5 este reprezentat graficul funcŃie Tsalt.
(13)
11
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 5 - The function diagram Tjump / Graficul variaŃiei funcŃie Tsalt
For calculating the size of jump over the sieve length S we
use the relation:
Pentru calculul mărimii saltului pe lungimea sitei S se
foloseşte relaŃia:
c(δ )

r 
2
(ωt2 − ωt1 ) sin (α + δ ) (14)
(ωt3 − ωt2 ) 1 + c(δ ) + 2c(δ ) cos (ω t2 + δ ) cos β + cos (ωt3 − α ) − cos (ωt2 − α ) −
cos α 
2

The matter displacement speed on shaker walkers Viteza de deplasare a vrafului pe scuturătorul cu caii pe
disposed on two axes is calculated by the relation:
două axe se calculează cu relaŃia:
S=
v=
c( δ )

ωr 
2
(ωt2 − ωt1 ) sin (α + δ ) (15)
(ωt3 − ω t2 ) 1 + c( δ ) + 2c( δ ) cos (ωt2 + δ ) cos β + cos (ωt3 − α ) − cos (ωt2 − α ) −
2π cos α 
2

CONCLUSIONS
1. The new theory regarding the vegetal matter
displacement on the straw walkers shaker identifies and
explains the importance of shaking elements
configuration
which
determines
the
matter
displacement on the respective shaker.
2. The theory provides for the method of calculation of
constructive elements and shaker’s functional
characteristics, aiming at the optimization of shaking
process for this type of shaker.
3. The theory emphasizes the importance of cascades, their
angles and retaining elements active part in comparison
with the shaking elements’ sieves on matter displacement
characteristics and presents a calculation method of height
of cascades, retaining elements and sieves’ sills.
CONCLUZII
1. Noua teorie privind deplasarea vrafului pe scuturătorul
cu cai pe două axe identifică şi explică importanŃa
configuraŃiei elementelor de scuturare care determină
deplasarea vrafului pe acest scuturător.
2. Teoria pune la dispoziŃie modalitatea de calcul a
elementelor constructive şi caracteristicilor funcŃionale ale
scuturătorului, scopul urmărit fiind optimizarea procesului
de scuturare la acest tip de scuturător.
3. Teoria pune în evidenŃă importanŃa cascadelor, a unghiurilor
acestora şi a părŃii active a elementelor de reŃinere în raport cu
sitele elementelor de scuturare asupra caracteristicilor
deplasării vrafului şi prezintă un mod de calculul al
înălŃimii cascadelor, a înălŃimii elementelor de reŃinere şi
pragurilor sitelor.
BIBLIOGRAPHY
1. HOFMAN V., Grain Harvesting Losses- How much can you
afford?, http://smallgrains.org/Techfile/Sept78.htm, 2007;
2. HUNT R.D. Engineering Models for agricultural
Production, The AVI Publishing Co. Inc., Westport
Connecticut, 1986;
3. IVAN GH. Ph.D thesis “Researches regarding The
Optimization of Shaking-Separating Processes at Cereal
Harvesting Combines”, Transylvania University, Brasov, 2009;
4. KRASNICENKO A.V. translation from Romanian by Prof Ph.D Eng.
SEGARCEANU M., The Manuel of Agricultural Machines Manufacturer1 and 2 volumes, Technical Publishing House, Bucharest, 1962-1964;
5. KUTZBACH H. D. Einrichtungen zur kornabscheidung in
mahdrescher, Grundlagen der Landtechnik, 31/1981;
6. KUTZBACH.H.D. Combine Harvester, Grundlagen der
Landtechnik, Stuttgart-Hohenheim, 1990;
7. KUTZBACH. H.D. Entwicklungstendenzen in der em
Technik, Agrartecsnich forschung, No.1/1995;
8. KUTZBACH H.D., Developments in European Combime
Harvesting, AgEng, Madrid, 1996;
9. KUTZBACH H.D., Harvesters ang Threshers grain,
Machines for Crop Production, Sttutgart-Hohenheim, 1999;
10. KUTZBACH H.D., Wheat Harvesting. Cereal Harvesting
Combine, Erntetechnik, Hohenheim, Germany, 2003;
11. LETOSNEV M.N., Agricultural Machines, Agroforestry
Publishing House, Bucharest, 1959;
12. DANILA I., NECULAIASA V., Agricultural Machines for
BIBLIOGRAFIE
1. HOFMAN V., Grain Harvesting Losses- How much can you
afford?, http://smallgrains.org/Techfile/Sept78.htm, 2007;
2. HUNT R.D. Engineering Models for agricultural
Production, The AVI Publishing Co. Inc., Westport
Connecticut, 1986;
3. IVAN GH., Teza de doctorat „Cercetări privind optimizarea
proceselor de scuturare-separare la combinele de recoltat
cereale”, Universitatea Transilvania Braşov, 2007;
4. KRASNICENKO A.V., Traducere în limba română prof. dr.
ing. SEGĂRCEANU M., Manualul constructorului de Maşini
Agricole – vol.1 şi 2, Editura Tehnică Bucureşti, 1962-1964;
5. KUTZBACH H.D.ş.a., Einrichtungen zur kornabscheidung im
mahdrescher, Grundlagen der Landtechnik, 31/1981;
6. KUTZBACH H.D., Combine harvester, Grundlagen der
Landtechnik, Stuttgat-Hohenheim,1990;
7. KUTZBACH H.D., Entwicklungstendenzen in der
Emtechnik, Agrartechnisch forschung, Nr.1/1995;
8. KUTZBACH H.D. ş.a., Developments in European combine
harvester, AgEng, Madrid, 1996;
9. KUTZBACH H.D. ş.a., Harvesters and Treshers-Grain,
Machines for Crop Production, Stuttgat-Hohenheim,1999;
10. KUTZBACH H.D. Recoltarea grâului. Combine de recoltat
cereale, Erntetechnik, Hohenheim Germania, 2003;
11. LETOŞNEV M.N. Maşini agricole, Editura Agrosilvică de
Stat-Bucureşti 1959;
12. DĂNILĂ I., NECULAIASA V. Maşini agricole de
12
Vol. 28, No.2 /2009
Cereal Harvesting. Polytechnics Institute, Iasi, 1986;
13. DANILA I., NECULAIASA V., Working Processes and Agricultural
Harvesting Machines, A29 Publishing House, Iasi, 1995;
14. PUSTAGHIN M.A. Seeds Separation in Threshing
Apparatus and Threshing Apparata Manufacturing, Trudi
VISHOM, Moscow, 1977;
15. PUSTAGHIN M.A., Research and Improving of Cereal
Combines, Trudi VISHOM, Moscow, 1977;
recoltat cereale. Institutul Politehnic Iaşi, 1986;
13. DĂNILA I., NECULĂIASA V. Procese de lucru şi
maşini agricole de recoltat, Editura A29, Iaşi; 1995;
14. PUSTAGHIN M.A. Seeds Separation in Threshing
Apparatus and Threshing Apparata Manufacturing, Trudi
VISHOM, Moscow, 1977;
15. PUSTÂGHIN M.A., Cercetarea şi perfecŃionarea
combinelor de cereale, Trudî VISHOM, Moscova, 1977;
13
Vol. 28, No.2 /2009
RESEARCH REGARDING AUTOMATED SUPERVISION OF THE WORK PROCESS OF
PRECISION SEED DRILLS
/
CERCETARI PRIVIND SUPRAVEGHEREA AUTOMATA A PROCESULUI DE LUCRU AL
MASINILOR DE SEMANAT DE PRECIZIE
Drd. ing. Paunescu Dan-Dorian, CS III
- SC DORIANSOFT SRL Abstract: This article is about an automated recording
system situated on the board of the tractor that records the
functional values of the precision seed drill. By using
adequate software data regarding worked surface, quota per
hectar, moving speed and the operation quality of each
ward. By equipping seed drills with this kind of automated
supervising systems keeping optimal density of plants is
assured, and thus superior crops are produced.
Rezumat: In lucrare se prezinta un sistem de inregistrare automata
la bordul tractorului a indicatorilor functionali ai maşinilor de semanat de
precizie. Prin utilizarea unor softuri adecvate se pot obtine date
referitoare la suprafata lucrata, norma la hectar, viteza de deplasare
si calitatea functionarii fiecarei sectii a masinii de semanat. Prin
echiparea masinilor de semanat de precizie cu asemenea sisteme
automate de supraveghere se asigura respectarea densitatii optime
a plantelor si implicit se asigura premisele unor recolte superioare.
Keywords: precision seeding, automated supervising
Cuvinte cheie: semanat de precizie, supraveghere automata
Establishment of crops is the essential action after
which new plants appear in cultivated land, from which
products can be obtained.
For the establishment of crops we use organs of
plants which can reproduce plants from the same species
like: seeds, fruits, fragments of stem, twig or leafs (called
seedlings), cattle grafted or grafted saplings. Establishment of
crops can be done manual or mechanized. On the
mechanized establishment of crops seeding drills or
planting machines are used. It is estimated that sowing is
the first link from the chain technology with significant share
in the agricultural production.
By the proper preparation and adjustment of
seeding drills, by the signs of quality works of sowing the
appearance and uniform plant growth depend.
Lately the complexity of the seeding drills increased,
working width has increased, and the price of monitoring
main indices of functional seeding drill devices aboard the
tractor becomes increasingly accessible.
INO BREZICE from Slovenia sells precision model
18P-HZ seeding drill, allowing sowing on 18 rows,
covering 6 ha. per hour with a speed of 10 km/h.
ÎnfiinŃarea culturilor este acŃiunea esenŃială în urma
căreia apar noi plante în terenul cultivat, de la care se pot
obŃine produse.
Pentru înfiinŃarea unei culturi se folosesc organe de
plante care pot reproduce plante din specia respectivă:
seminŃe, fructe, fragmente de tulpină, lăstari sau frunze
(numite butaşi), stoloni, viŃe altoite sau puieŃi altoiŃi.
ÎnfiinŃarea culturii se poate face manual sau mecanizat. La
înfiinŃarea culturii prin metoda mecanizată se folosesc
maşini de semănat sau maşini de plantat. Se apreciază că
semănatul este prima verigă din lanŃul tehnologic, cu
pondere însemnată în nivelul producŃiei agricole.
De modul corect de pregătire si reglare a maşinilor
de semănat, de indicii de calitate ai lucrării de semănat
depind răsărirea si creşterea uniforma a plantelor.
In ultima vreme gradul de complexitate al maşinilor de semănat
a crescut, lăŃimea de lucru s-a mărit, iar preŃul aparatelor de
monitorizare la bordul tractorului a principalilor indici funcŃionali
ai maşinilor de semănat devine din ce in ce mai accesibil.
Firma INO BREZICE din Slovenia comercializează maşina
de semănat de precizie model 18P-HZ (fig. 1) ce permite semănatul
pe 18 rânduri, acoperind 6 ha intr-o oră cu o viteză de 10 km/h.
Figure 1 / Figura 1
This seeding drill is equipped with an onboard
monitor type INO Tronic PS 200 (figure 2).
Maşina este dotată si cu un monitor de bord tip
INO Tronic PS 200 (fig. 2).
Figure 2 / Figura 2
14
Vol. 28, No.2 /2009
INO Tronic PS 200 with a seed counter is a
completely new electronic system. It is recommended to
be used on all types of seeding drills. Each seed ejected
from the seeding plate is falling through a sensor into the
ground. PS 200 in this way counts all seeds sown per each
seeding unit.
At the same time PS 200 provides the following
information:
sown area/day (ha),
sown area/total (ha),
nr.of seeds sown/seeding unit,
nr.of seeds sown/ha,
time of sowing (h),
travel speed (km/h).
John Deere introduces the GreenStar monitoring
system to the new concept “of precision agriculture “.
The Original GreenStar ™ (figure 3) interface has
a black and white screen with a push button that allows
users to enter information and to view operational data onthe-go.
Acesta este un sistem electronic de numarare a
semintelor revolutionar fiind recomandat a fi utilizat pentru
toate tipurile de masini de semanat. Fiecare samanta este
detectata de senzorul aparatului inainte a fi introdusa in sol.
In acest fel se contorizeaza toate semintele semanate pe
sectia de semanat.
In acelasi timp sistemul INO Tronic PS 200 mai
furnizeaza urmatoarele informatii:
suprafata semanata/ zi (ha),
suprafata totala semanata (ha),
numarul de seminte semanate/ sectie,
numarul de seminte semanate/ ha,
durata semanatului (h),
viteza de lucru (km/h).
John Deere vine în întâmpinarea noului concept de
„agricultură de precizie” cu sistemul de monitorizare GreenStar.
Original GreenStar ™ (fig. 3) poseda o interfaŃă
de tip ecran alb-negru cu push-buton ce permite
utilizatorului sa introducă informaŃii şi să vizualizeze onthe-go datele operaŃionale.
Figure 3 / Figura 3
The system John Deere GreenStar ™ 2 2600 (figure
4) displays data on a touch screen display of the latest
technology that allows the user to configure and view
multiple applications simultaneously on the home page.
Sistemul John Deere GreenStar™ 2 2600 (fig. 4)
afiseaza datele pe un ecran touch-screen de ultima
tehnologie ce permite operatorului să configureze şi să
vizualizeze mai multe aplicaŃii simultan, pe pagina de start.
Figure 4 / Figura 4
The brain of the GreenStar system is a mobile
processor (fig. 5). This mobile computer is attached to the
rear part of the display and has a memory card that allows
storing information regarding the entire process of sowing,
positioning information and all technical information about
the tractor and the seeding drill. The memory card can
record up to 800 hours of information (enough for an
entire season for most crops).
Procesorul mobil (fig. 5) este creierul sistemului
GreenStar. Acest computer mobil se ataşează in partea
din spate a display-ului GreenStar™ şi posedă un card de
memorie ce permite să stocheze informaŃii legate de întreg
procesul de semănat, informaŃii de poziŃionare, precum şi
totalitatea informaŃiilor tehnice legate de tractor şi de maşina
de semănat. Cardul poate inregistra până la 800 de ore de
date (de ajuns pentru un întreg sezon pentru mulŃi cultivatori).
Figure 5 / Figura 5
15
Vol. 28, No.2 /2009
The parameters monitored during the sewing
process can be: work distance, sown area, hourly
consumption, productivity, consumption per ha., number
of hours per user per month, etc. (figure 6).
Parametrii monitorizaŃi in cadrul procesului de
semanat pot fi: distanŃa parcursă, aria suprafeŃei semănate,
consumul orar, productivitatea, consumul pe ha, număr ore
lucrate de operator pe luna, etc. (fig. 6).
Figure 6 / Figura 6
The Gaspardo seed drills, manufactured in Italy,
can be equipped either with a small electronic counter
(figure 7which displays the worked area, or with a complex
display which leads to a higher cost for the seed drill.
Semănătorile Gaspardo, produse în Italia, pot fi
echipate fie cu un mic contor electronic (fig. 7, a sau b), ce
afişează suprafaŃa lucrată, fie cu (opŃional) cu un monitor
complex (fig. 8) ce creşte bineînŃeles preŃul de cost al maşinii.
a)
b)
Figure 7 / Figura 7
Figure 8 / Figura 8
The VM-2200 seed monitor (product of Agri Motive
Products) provides visual and audible alarms to warn the
operator of planter or drill failures.The Vanguard VM-2200
(figure 9) provides a quality product at an economy price.
Available in 4-6-8 Row or 12 - 16 Row versions.
Monitorul VM-2200 (produs de Agri Motive
Products) avertizeaza operatorul vizual si acustic in cazul
aparitiei unor gresuri. Vanguard VM-2200 este un produs
de calitate si la un pret accesibil, disponibil in variantele 46-8 randuri sau 12-16 randuri (fig. 9).
Figure 9 / Figura 9
16
Vol. 28, No.2 /2009
Monitoring functional parameters implies a data
acquisition system and a user-friendly interface.
The monitoring system I made uses phototransistor – photo-diode type of sensors mounted on each
seeding unit for data acquisition.
The impulses are processed (digitalized) and sent to
a laptop or PC through a USB port. From here on a C++
program does the necessary calculations and the
following information will be displayed:
next to each seeding unit, real-time, the fall of each
seed;
the number of seeds planted into the ground on
each row and warning for any faults or multiple
seeds;
total number of seeds planted;
sown area in real-time.
Monitorizarea parametrilor funcŃionali presupune un
sistem de achiziŃie de date precum şi o interfaŃă pentru utilizator.
Sistemul de monitorizare pe care l-am realizat foloseste
pentru culegerea datelor senzori tip fototranzistor – fotodioda (cu
emisie in infrarosu) montati pe fiecare sectie a semanatorii.
Impulsurile sunt prelucrate (digitalizate) si apoi
transmise prin intermediul unei interfete portului USB al
unui laptop sau PC. De aici, printr-un program pe care l-am
++
realizat in C (fig. 10) se efectueaza calculele necesare,
iar pe display se vor afisa:
- in dreptul fiecarei sectii – in timp real – caderea
fiecarei seminte;
- numarul de seminte introduse in sol pe fiecare rand si
semnalarea unor gresuri sau seminte multiple;
- numarul total de seminte semanate;
- suprafata lucrata in timp real.
Figure 10 / Figura 10
All the operations are made keeping track of the
velocity and width of the seed drill.
th
In the example above, the 8 seed unit was jammed,
and that “X” displayed next to it is showing this fact. On the
th
5 seed unit there was a fault.
Among the monitored elements of the system, soon
the following will be added: travel speed, sown area per day,
working quota and time of sowing.
The system has uses especially in research because
it can monitor the functioning of a seeding drill prototype in
laboratory conditions during any time with low costs.
Toate calculele se efectueaza tinand cont de distanta intre
seminte pe un rand, viteza si de latimea de lucru a masinii de semanat.
In exemplul de mai sus sectia 8 a fost blocata, acel X
afisat in dreptul ei marcand acest lucru, iar la sectia 5 s-a
semnalat un gres.
Printre elementele monitorizate ale sistemului se vor
numara in curand: viteza de lucru, suprafata semanata pe zi,
norma la ha si timpul.
Sistemul realizat are aplicatie mai ales in cercetare deoarece
poate monitoriza in laborator buna functionare a unui prototip de
masina de semanat pe orice perioada de timp, cu costuri minime.
BIBLIOGRAPHY
- Iuliu Szekeli, W. Szabo, R. Munteanu - Sisteme pentru
achiziŃie şi prelucrarea datelor, Ed. Mediamira
- www.inobrezice.com
- www.distributor.deere.com/ro
- www.maschionet.com
- www.ag-electronics.com
++
- Herbert Schildt – C manual complet
- DirectX Software Development Kit (freeware)
BIBLIOGRAFIE
- Iuliu Szekeli, W. Szabo, R. Munteanu - Sisteme pentru
achiziŃie şi prelucrarea datelor, Ed. Mediamira
- www.inobrezice.com
- www.distributor.deere.com/ro
- www.maschionet.com
- www.ag-electronics.com
++
- Herbert Schildt – C manual complet
- DirectX Software Development Kit (freeware).
17
Vol. 28, No.2 /2009
DEVIATION OF LIQUID DROPLETS IN PHYTOSANITARY TREATMENTS
/
ASPECTE PRIVIND DERIVA PICĂTURILOR DE LICHID ÎN CAZUL TRATAMENTELOR
FITOSANITARE
Florean RUS PhD Eng.
- Transylvania University of Braşov Abstract: The method for combating diseases and pests by
spraying a phytopharmaceutical liquid holds a great importance.
In order for treatments efficacy to reach a maximum level the
protection of plants must be carried out with superior qualitative
indices and with maximum accuracy with regard to the quantity
of pesticides used per hectare. The methods of applying liquid
pesticides is adopted according to the physical-mechanical
properties of each product, to the anatomic conformation of
plants or agricultural products, to biological properties of pests or
the nature of disease, to meteorological conditions and soil
configuration. Agriculture is under intense economic and
environmental pressure today. The high cost of pesticides and
the need to protect the environment are incentives for
applicators to do their very best in handling and applying
pesticides.
Rezumat: Metoda de combatere a bolilor şi dăunătorilor prin
pulverizarea unui lichid fitofarmaceutic are ponderea cea mai
mare. Pentru ca eficacitatea tratamentelor să fie maximă,
lucrările de protecŃie a plantelor trebuie executate cu indici
calitativi superiori şi foarte precis în ceea ce priveşte cantitatea
de pesticid distribuită la hectar. Metodele de aplicare a
pesticidelor lichide se adoptă în funcŃie de proprietăŃile fizicomecanice ale fiecărui produs, de conformaŃia anatomică a
plantelor sau produselor agricole, de particularităŃile biologice
ale dăunătorilor sau de natura bolii, de condiŃiile
meteorologice, de configuraŃia terenului. PreŃurile de cost
ridicate ale pesticidelor şi normele de protecŃia mediului şi
protecŃia consumatorilor sunt stimulente pentru fermieri
pentru utilizarea celor mai perfecŃionate metode de aplicare a
pesticidelor.
Key words: combating, pesticides, drift.
Cuvinte cheie: combatere, pesticide, derivă.
1. INTRODUCTION
Obtaining extensive and high quality agricultural
productions undertakes well-timed works for plant
protection against diseases and pests. Generally, due to
diseases and pests about 40÷55% from the obtained
crop is lost, the equivalent to the annual food of around
1, 0÷1, 5 billion people.
The method used to combat diseases and of pests by
spraying a phytopharmaceutical liquid on the foliaceuos
system of agricultural crops or on the ground surface has the
greatest share among the methods used for plants protection;
at present it is the most efficient of all the methods, the
phytopharmaceutical liquids being named pesticides.
The works for plants protection are generally carried out
to warning, and then, these must be fulfilled within a
short period of time (3÷5 days). Thus, in order for
treatments effectiveness to reach a maximum level, the
works for plants protection must be done with high
qualitative indices (the spraying degree and spectrum,
the coverage degree) and very precisely considering the
quantity of pesticides used per hectare. A treatment with
pesticides is very efficient if it is effectuated at the most
vulnerable point within the stage of diseases and pests
development due to the number of treatments that must
be done and to the smaller quantity of pesticide that is
used at the incipient stages of diseases and pests
development. The quantity of pesticide which is sprayed
on the sur face of the foliaceous system a must assure a
persistent dose of active substance, which should be
lethal for the psychopathological agents.
1. INTRODUCERE
ObŃinerea unor producŃii agricole mari şi de calitate
superioară, presupune executarea la momentul oportun, a
lucrărilor pentru protecŃia plantelor împotriva bolilor şi
dăunătorilor. În general, datorită bolilor şi dăunătorilor se pierde
cca. 40÷55% din recolta obŃinută, echivalentă cu hrana anuală a
aproximativ 1,0÷1,5 miliarde oameni.
Metoda de combatere a bolilor şi dăunătorilor prin
pulverizarea unui lichid fitofarmaceutic pe sistemul foliaceu
al culturilor agricole sau pe suprafaŃa terenului, are ponderea
cea mai mare în cadrul metodelor utilizate în protecŃia
plantelor, fiind una din cea mai eficace dintre toate metodele,
lichidele fitofarmaceutice fiind denumite pesticide.
Lucrările pentru protecŃia plantelor se execută în
general la avertizare, după care, acestea trebuie să fie
efectuate într-o perioadă scurtă de timp (de 3÷5 zile).
Pentru ca eficacitatea tratamentelor să fie maximă,
lucrările de protecŃie a plantelor trebuie executate cu
indici calitativi superiori (gradul şi spectrul dispersiei,
gradul de acoperire) şi foarte precis în ceea ce priveşte
cantitatea de pesticid distribuită la hectar. Un tratament
cu pesticide este foarte eficace dacă este efectuat în
momentul cel mai vulnerabil al stadiului de dezvoltare al
bolilor şi dăunătorilor; numărul tratamentelor ce trebuie
efectuate şi cantitatea de pesticid fiind mai mică în
stadiul incipient de dezvoltare al acestora. Cantitatea de
pesticid care se administrează pe unitatea de suprafaŃă
sistemului foliaceu trebuie să asigure o doză remanentă
de substanŃă activă, care să fie letală pentru agenŃii
fitopatogeni.
2. CHARACTERISTICS OF THE DROPLETS JET
The application methods of liquid pesticides is adopted
according to the physical-mechanical properties of each
pesticide, to the anatomic conformation of plants or
agricultural products, to biological properties of pests or
the nature of disease, to meteorological conditions and
soil configuration, etc. The physical-mechanical properties
of liquid pesticides influence the spraying degree and
the treatment effectiveness. Their way of action
(systemic, contact-related or residual) influences the
application manner: only on the upper surface of leaves
or on both sides, on the soil surface etc. The anatomic
2. CARACTERISTICILE JETULUI DE PICĂTURI
Metodele de aplicare a pesticidelor lichide se adoptă în
funcŃie de proprietăŃile fizico-mecanice ale fiecărui
pesticid, de conformaŃia anatomică a plantelor sau
produselor agricole, de particularităŃile biologice ale
dăunătorilor sau de natura bolii, de condiŃiile
meteorologice,
de
configuraŃia
terenului
etc.
ProprietăŃile fizico-mecanice ale pesticidelor lichide
influenŃează asupra gradului de dispersie şi eficacităŃii
tratamentului. Modul lor de acŃiune (sistemic, de contact
sau rezidual) influenŃează asupra modului de aplicare a
acestora: numai pe suprafaŃa superioară a frunzelor sau
18
Vol. 28, No.2 /2009
pe ambele feŃe, pe suprafaŃa solului etc. ConformaŃia
anatomică a plantelor impune unele condiŃii privind
transportul şi depunerea picăturilor de lichid pe plante
astfel încât, gradul de acoperire să fie aproximativ identic
în partea superioară, de mijloc şi respectiv inferioară a
plantei. PrezenŃa sau absenŃa curenŃilor de aer,
umiditatea relativă şi temperatura mediului ambiant
impun restricŃii privind efectuarea tratamentelor.
Toate fluxurile de materiale care participă la realizarea recoltei
formează circuitul material al recoltei, cele care sunt
utilizate în protecŃia plantelor formând categoria fluxurilor
corective [1, 2]. BilanŃul de materiale referitor la cantitatea
de lichid care părăseşte duza şi se administrează pe
unitatea de suprafaŃă, prezintă următoarele componente:
conformation of plants imposes some conditions
regarding the conveyance and the deposit of liquid
droplets on plants so that the coverage degree should
be approximately identical in the upper, middle and
lower part of the plant. The presence or the absence of
air currents, the relative humidity and the environmental
temperature impose restrictions regarding the treatment
achievement.
All the flows of materials which contribute to crop production
form the material flow of crops; those which are used for
plants protection constitute the category of corrective flows
[1, 2]. The balance of materials regarding the quantity of
liquid released by the jet nozzle and sprayed on the surface,
presents the following components:
Q = Qu + Qen + Qex + Qev + Qa ,
where: Qu represents the useful quantity of liquid, which
is retained by the foliceous system of plants: Qen – the
quantity of liquid lost in the place where the treatment is
done, which is made up of the droplets which are not
found on target; Qex – the quantity of liquid lost through
drift (carrying the droplets over the area of treatment
execution); Qev – the quantity of pesticides lost through
evaporation (water + active substances); Qa – accidental
lost, which is due to the sealing elements of the hydraulic
installation (pipes, closing cocks, safety, directional valve,
anti-dripping).
The economical characteristic of a treatment can be
determined through the recovery degree, value which
indicates the proportion of the total quality of
phytopharmaceutical liquid sprayed on the surface that
is found on the foliaceuos system of plants and
produces the desired biological effect. The value of this
index is influenced by the spraying degree,
characterized by the average value of the droplets
diameter and spraying uniformity, which, at their turn,
characterize the share of droplets of the same diameter,
which coexists, at a given moment, in the liquid
sprayed.
The spraying degree is determined by the value of
average diameter of droplets, which can refers to the
number of particles (DN or D1,0), surface (D2,0), volume
(DV or D3,0) or speed of fall (DS or D3,2 – Sauter
diameter) etc. [2, 3]. The general relation for calculating
the average value of particles diameter is presented by
the formula:
D pp,q− q
unde: Qu reprezintă cantitatea de lichid utilă, care este
reŃinută de către sistemul foliaceu al plantelor; Qen –
cantitatea de lichid pierdută în interiorul locului de
efectuare a tratamentului, prin picăturile care nu se
regăsesc pe Ńintă; Qex – cantitatea de lichid pierdută prin
derivă (antrenarea picăturilor în afara locului de executare
a tratamentului); Qev – cantitatea de pesticid pierdută prin
evaporare (apă + substanŃă activă); Qa – pierderi cu
caracter accidental, ce sunt datorate etanşărilor din instalaŃia
hidraulică (conducte, robinete de închidere, supape de
siguranŃă, de sens, antipicurare).
Economicitatea unui tratament poate fi apreciată prin
gradul de recuperare, mărime care indică ce proporŃie
din cantitatea totală de lichid fitofarmaceutic administrat
pe unitatea de suprafaŃă se regăseşte pe sistemul
foliaceu al plantelor şi produce efectul biologic dorit.
Valoarea acestui indice este influenŃată de gradul de
dispersie, caracterizat prin mărimea medie a diametrului
picăturilor şi de uniformitatea dispersiei, care
caracterizează ponderea picăturilor de un acelaşi
diametru, care coexistă la un moment dat în jetul de
lichid dispersat.
Gradul de dispersie se apreciază prin valoarea
diametrului mediu al picăturilor, care se poate referi la
numărul particulelor (DN sau D1,0), suprafaŃă (D2,0),
volum (DV sau D3,0) sau viteza de cădere (DS sau D3,2 diametrul Sauter) etc. [2, 3]. RelaŃia generală de calcul
a valorii medii a diametrului particulelor se prezintă sub
forma:
1
 n
 ∑ ni ⋅ Dip
=  i =n1

q
 ∑ ni ⋅ Di
 i =1
 p−q

 ,



(2)
where Di represents the characteristic diameter of
droplets from the order class i of dimensions, in m; ni – the
number of particles from the order class i of dimensions; i –
the class order of dimensions, n – the number of classes of
dimensions; p and q indicators of the reference value
representing a reference point for calculating the value of the
average diameter, p and q ∈ {0, 1, 2, 3}.
The spraying degree of droplets from the spraying
nozzle is determined with the relation:
gd
=
DV
0,9
(1)
− DV
DV
0 ,1
unde Di reprezintă diametrul caracteristic al picăturilor
din clasa de ordin i de dimensiuni, în m; ni – numărul de
particule din clasa de ordin i de dimensiuni; i – ordinea
clasei de dimensiuni, n – numărul de clase de
dimensiuni; p şi q indicatori ai mărimii de referinŃă în
raport cu care se realizează calculul valorii diametrului
mediu, p şi q ∈ {0, 1, 2, 3}.
Gradul de dispersie al picăturilor din jet se determină cu
relaŃia:
,
(3)
0,5
where DV 0,1, DV 0,5 end DV 0,9 represents the volumetric
diameter of particles which have the weight respective
of 10%, 50% and 90% from the volume of droplets jet.
unde DV 0,1, DV 0,5 şi DV 0,9 reprezintă diametrul volumic
al particulelor care deŃin ponderea respectiv de 10%,
50% şi 90% din volumul jetului de picături.
19
Vol. 28, No.2 /2009
Diametrul picăturilor din jetul de lichid dispersat este
influenŃat de proprietăŃile fizico-mecanice ale lichidului
(viscozitate, tensiune superficială, concentraŃia particulelor solide în
suspensie), de particularităŃile mediului în care se face
dispersarea (viteza curenŃilor de aer, temperatura şi
umiditatea mediului ambiant) şi de parametrii constructivi şi
funcŃionali şi dispozitivul de dispersare (presiunea de lucru,
debitul, viteza de deplasare, distanŃa parcursă de jet până la
Ńintă).
Sistemul foliaceu al plantelor are o capacitate limitată
de reŃinere a picăturilor. Depăşirea capacităŃii de
reŃinere conduce la formarea unor picături mari, care
datorită masei mari nu rămân pe suprafaŃa frunzelor, ele
scurgându-se de pe acestea, căzând pe suprafaŃa
solului, prin aceasta conducând la pierderi mari de lichid
şi la o scădere considerabilă a eficacităŃii şi eficienŃei
tratamentului, în acelaşi timp producând fenomene de
fitotoxicitate prin poluarea solului.
La părăsirea duzei picăturile au o viteză medie de cca.
15÷18m/s, viteza picăturilor reducându-se mereu ca
urmare a rezistenŃei aerodinamice opuse de mediul
înconjurător, până se ajunge la o mişcare pe verticală
cu o viteză uniformă caracteristică echilibrului dintre
forŃa de greutate şi rezistenŃa aerodinamică. Viteza de
cădere a picăturilor în masa de aer, aflată în repaus
macroscopic, se determină cu relaŃia lui Stokes:
Diameter of drops of liquid dispersed is influenced by
physical and mechanical properties of the liquid
(viscosity, surface tension, concentration of solid
particles in suspension), the particular environment in
which is the dispersion (speed of air currents, temperature
and humidity environment) and the constructive and
functional parameters and the dispersion (the working
pressure, flow, speed of movement, distance traveled by
jet to target).
The foliaceuos system of plants has a limited capacity
of retaining droplets. The exceeding of retaining capacity
leads to formation of some big droplets, which due to a
bigger mass do not remain on the leaves surface, they
drop themselves from those, falling down on the soil
surface, thus leading to important lost of liquid and to a
considerable decrease of effectiveness and of efficiency
of treatment, and at the same time producing phototoxic
phenomena by contaminating the soil.
When leaving the nozzle the droplets have an average
velocity of about 15÷18m/s, the droplets velocity is
constantly reduced as a consequence to the
aerodynamic resistance to the environment, until it
reaches to a vertical motion with a uniform velocity
characteristic to the balance between the gravity force
and the aerodynamic resistance. The falling velocity of
droplets in the air mass, found in macroscopic repose, is
determined by Stokes relation:
υ=
1 g 2 ρp
⋅ ⋅d ⋅
18 ν
ρa
where d is the particles diameter, in m; ρp and ρa – the
liquid density from droplet and the atmospheric air
3
density, in kg/m ; ν - the kinematical viscosity of air, in
2
m /s.
The liquid jet penetration through the environment
depends on the initial velocity of droplets as well as on
the air resistance to its motion. The penetration
increases at the same time with the increase of liquid
pressure up to a pressure value, after that as a
consequence to the fact that there are formed droplets
with smaller and smaller diameters, which are more
rapidly restrained.
For given temperature conditions, the air relative
humidity and the presence or the absence of air
currents etc., the value of
droplets diameter
determines: the motion velocity of droplets to the target,
the falling time, life cycle and the drifting distance by the
air currents (tab. 1). The finest the droplets are, the
higher the medium temperature is, and the lower
relative humidity of air is, the smaller the life cycle is.
The lower limit of liquid droplets dimension which are of
interest to the practice of phytosanitary treatments is
estimated to be of 100 µ m. The particles with
dimensions below this value remain in suspension in the
air mass and can be easily moved by the air currents
and misplaced outside the combating area, they vanish
before reaching target, as a consequence to the
evaporation phenomenon of droplets liquid.
,
(4)
unde d este diametrul particulelor, în m; ρp şi ρa –
densitatea lichidului din picătură respectiv densitatea
3
aerului atmosferic, în kg/m ; ν - vâscozitatea cinematică
2
a aerului, în m /s.
PenetraŃia jetului de lichid prin mediul înconjurător depinde
de viteza iniŃială de lansare a picăturilor şi de rezistenŃa pe
care o opune aerul la deplasarea acesteia. PenetraŃia
creşte odată cu majorarea presiunii lichidului până la o
valoare a presiunii, după care ca urmare faptului că se
formează picături cu diametre din ce în ce mai mici, care sunt
frânate mai rapid de aerul atmosferic, penetraŃia scade brusc.
Pentru condiŃii date de temperatură, de umiditate relativă a
aerului şi prezenŃa sau absenŃa curenŃilor de aer etc.,
valoarea diametrului picăturilor determină: viteza de deplasare
a picăturilor spre Ńintă, timpul de cădere, durata de viaŃă a
acestora şi distanŃa de antrenare de către curenŃii de aer (tab.
1). Cu cât picăturile sunt mai fine, cu cât temperatura
mediului este mai ridicată, şi cu cât umiditatea relativă a
aerului este mai scăzută, cu atât durata de viaŃă este mai
mică.
Limita inferioară a dimensiunilor picăturilor de lichid ce
prezintă
interes
pentru
practica
tratamentelor
fitosanitare se estimează a fi de 100 µ m. Particulele cu
dimensiunea sub această valoare rămân în suspensie în
masa de aer şi pot fi antrenate uşor de către curenŃii de aer
şi deplasate în afara locului de combatere, ele
dispărând înainte de a atinge Ńinta, ca urmare a
fenomenului de evaporare a lichidului din picături.
Table 1 - The droplets behavior according to the spraying degree /
Comportarea picăturilor în funcŃie de gradul de dispersie
Size /
Diam
[µm]
Falling /
speed
Viteza de
cădere
[m/s]
Falling
Atmospheric conditions: temperature °C; relative humidity %;
Air currents
time from
CondiŃii atmosferice: temperatură °C; umiditate relativă %;
drifting distance
1m /
with a velocity of
16°C, 60%
25°C, 50%
30°C, 90%
Timpul de
/ DistanŃa de
Life
Falling
Life
Falling
Life
Falling
cădere duration / Distance Duration Distance / Duration / Distance
antrenare de
de la 1m Durata de DistanŃa
/ Durata
DistanŃa Durata de DistanŃa curenŃii de aer cu
20
Vol. 28, No.2 /2009
1
5
10
20
30
50
100
200
500
1000
3⋅10
-4
7,5⋅10
-3
3⋅10
-2
1,2⋅10
-2
2,7⋅10
-2
7,5⋅10
-1
3⋅10
1,2
7,5
30,1
-5
9,2 h
22 min
6 min
83
37
13,9
3,9
1,4
0,5
0,2
viaŃă
[s]
de cădere
[m]
de viaŃă
[s]
de cădere
[m]
viaŃă
[s]
de cădere
[m]
viteza de
2 m/s 4,6 m/s
0,3
1,1
2,5
6,9
28
111
694
2778
0,0004
0,007
0,03
0,26
4,2
67
2604
41667
0,2
0,7
1,6
4,5
18
71
446
1786
0,0003
0,004
0,02
0,17
2,7
43
1674
26786
0,8
3,3
7,5
21
83
333
2083
8333
0,0013
0,02
0,1
0,78
12,5
200
7813
5
1,25⋅10
2658
664
166
74
28
8
2,8
1,0
0,5
Increasing the solution concentration leads to an
important growth of viscosity, which makes the
spraying process more difficult; the increase of spraying degree causes a faster evaporation of
droplets, which limits the working area of the machine
(the distance between the spraying device and target).
The liquid quantity which is administered on the
surface as well as the droplets dimensions are
established on biological grounds and according to the
spraying manner of the respective pesticides. This
quantity must be correlated with the development
stage of the foliceaous system of plants as the
foliceaous surface of plants increases, calling for an
appropriate increase of the spraying quantity.
The spray of liquid pesticides on a hydraulic manner is
realized through forced leakage, with a high velocity
through gauged orifices, under the pressure action
produced by the hydraulic installation pump of the
technical equipment, used for combating works,
coming out in exterior under the form of diverging bail.
As a consequence to the great velocity motion of liquid
through the environmental air mass, between the air
and the liquid from the diverging bail, there appears an
intense friction, which results in liquid jet division in
very fine particles. The liquid turbulence before passing
through the gauged orifice increases the spraying
degree. The particles dimensions depend on the liquid
pressure, on the superficial tension and on the
geometrical parameters of the gauged orifice.
6113
1528
382
170
64
18
6,5
2,3
1,1
Mărirea concentraŃiei soluŃiei conduce la creşterea
considerabilă a vâscozităŃii lichidului, fapt ce
îngreunează pulverizarea; mărirea gradului de
pulveriza re provoacă evaporarea mai rapidă a
picăturilor, fapt ce limitează lăŃimea de lucru a maşinii
(distanŃa între dispozitivul de pulverizare şi Ńintă).
Cantitatea de lichid administrată pe unitatea de
suprafaŃă precum şi dimensiunile picăturilor se
stabilesc din considerente biologice şi în funcŃie de
modul de administrare a pesticidului respectiv. Această
cantitate trebuie corelată cu stadiul de dezvoltare a
sistemului foliaceu al plantelor, pe măsura creşterii
suprafeŃei foliacee a plantelor, trebuind să crească
corespunzător şi cantitatea de produs administrată.
Dispersarea pe cale hidraulică a pesticidelor lichide se
realizează prin scurgerea forŃată, cu viteză mare prin
orificii calibrate, sub acŃiunea presiunii realizată de
pompa instalaŃiei hidraulice a echipamentului tehnic,
utilizat pentru efectuarea lucrărilor de combatere,
ieşind în exterior sub forma unui fascicol divergent. Ca
urmare a vitezei mari de deplasare a lichidului prin
masa de aer din mediul înconjurător, între aer şi
lichidul din fascicolul divergent, apare o frecare
intensă, care provoacă fragmentarea jetului de lichid în
particule foarte fine. Turbionarea lichidului înainte de a
trece prin orificiul calibrat măreşte gradul dispersării.
Dimensiunile particulelor depind de presiunea
lichidului, de tensiunea superficială a acestuia şi de
parametrii geometrici al orificiului calibrat.
Table 2 - The influence of physical-mechanical properties of phytopharmaceutical liquid upon the characteristics of droplets jet /
InfluenŃa proprietăŃilor fizico-mecanice ale lichidului fitofarmaceutic asupra caracteristicilor jetului de picături
Pressure increase /
Creşterea
presiunii
Quality of the jet shape /
Calitatea formei jetului
Flow / Debitul
Angle at tip / Unghiul la vârf
Droplets dimensions /
Dimensiunile picăturilor
Droplets velocity / Viteza
picăturilor
Improves /
ÎmbunătăŃeşte
Increase /Creşte
Increase/Decrease
Creşte/Scade
Decrease / Scade
Increase / Creşte
Impact force / ForŃa de impact
Increase / Creşte
Diversion / Deriva
Increase / Creşte
Density
increase /
Creşterea
densităŃii
Viscosity
increase /
Creşterea
vâscozităŃii
Neglectable /
Neglijabilă
Decrease
/Scade
Neglectable /
Neglijabilă
Neglectable /
Neglijabilă
Decrease /
Scade
Neglectable /
Neglijabilă
Neglectable /
Neglijabilă
Degradation /
Degradare
*
Decrease /
Scade
Increase /
Creşte
Decrease /
Scade
Decrease /
Scade
Decrease /
Scade
Superficial
tension increase
/ Creşterea
tensiunii
superficiale
Improves /
Neglectable /
ÎmbunătăŃeşte
Neglijabilă
No effect /
**
Fără efect
Increase /
Decrease /
Creşte
Scade
Decrease /
Increase /
Scade
Creşte
Increase /
Neglectable /
Creşte
Neglijabilă
Increase /
Neglecatble /
Creşte
Neglijabilă
No effect / Fără
**
efect
Temperature
increase /
Creşterea
temperaturii
*Imposed dependence by the characteristics of spraying nozzle / DependenŃa impusă de caracteristicile duzei de pulverizare;
**Imposed dependence by the characteristics of spraying nozzle and by the liquid temperature / DependenŃa impusă de caracteristicile
duzei de pulverizare şi de temperatura lichidului
21
Vol. 28, No.2 /2009
Because the trajectory described by each drop
depends on the kinetic energy mass stored by the
droplets jet, sprayers with hydraulic pulverization, with
projected jet, are used for low cultures, the length of
jets from droplets being limited, and as a consequence,
the possibility of droplets penetration in the foliaceous
system of plants is also limited.
The droplets drift is the result of an inadequate choice of the
technical equipment (the nozzle type, their orientation
according to advanced direction and target, flow, and the
height launcher) and/or of the moment of treatment
effectuation (the velocity and the direction of air currents, air
turbulence, the atmospherically stability or inversion).
Deoarece traiectoria descrisă de fiecare picătură
depinde de masa de energia cinetică înmagazinată de
picăturile jetului, maşinile de stropit cu pulverizare
hidraulică, cu jet proiectat, se folosesc pentru culturi
joase, lungimea jeturilor de picături fiind limitată, şi ca
urmare, este limitată şi posibilitatea de pătrundere a
picăturilor în masa sistemului foliaceu al plantelor.
Deriva picăturilor este rezultatul alegerii necorespunzătoare
a echipamentului tehnic (tipul duzelor, orientarea lor în
raport cu direcŃia de înaintare şi Ńintă, debitul, înălŃimea
rampei) şi/sau a momentului de efectuare a tratamentului
(viteza şi direcŃia curenŃilor de aer, turbulenŃa aerului,
stabilitatea sau inversiunea atmosferică).
3. CONCLUSIONS
The losses caused by drift take two forms: losses
caused by the evaporation of volatile components from
the phytopharmaceutical liquid and losses caused by
the air currents that drift liquid droplets in areas outside
the perimeter of treatment effectuation. The selection
of a certain type of nozzle is realized on the basis of a
compromise between the coverage degree and the
reduction of droplets derivation.
In order to reduce the losses by evaporation, there are
used active substances whose vapor tension is
reduced. In order to reduce the losses by droplets
derivation, there are used spraying heads to which the
spraying spectrum is reduced and the average volumetric
diameter is bigger than 150 µm.
The negative effect of pesticides upon micro-flora, of
fauna as well as of biological processes from soil,
increases as the quantity of pesticides goes beyond
the admissible limit. By knowing the pesticides effects
is reduced the pollution risk, the strict control of
residues, the reminisce accelerates the remaking
processes of fertility and the structure of soil degradation.
The agricultural production is permanently subjected to
pressures of economic orders, to environmental
protection and to development of some ecosanogenous products. The high cost prices of
pesticides as well as the environmental and consumers
protection norms are important stimulators for farmers
to use the best pesticides application methods.
3. CONCLUZII
Pierderile prin derivă se manifestă în două moduri: pierderi
datorită evaporării componentelor volatile din lichidul
fitofarmaceutic şi pierderi datorită antrenării de către
curenŃii de aer a picăturilor de lichid în zone situate în
afara perimetrului de efectuare a tratamentului. Selectarea
unui anumit tip de duză se realizează în baza unui
compromis între gradul de acoperire şi reducerea derivei
picăturilor.
Pentru reducerea pierderilor prin evaporare se
utilizează substanŃe active a căror tensiune de vapori
este redusă. Pentru reducerea pierderilor prin deriva
picăturilor se utilizează capete de pulverizare la care
spectrul de dispersie este redus iar diametrul mediu
volumic este mai mare de 150 µm.
Efectul negativ al pesticidelor asupra micro florei,
faunei şi a proceselor biologice din sol creşte pe
măsură ce cantitatea de pesticid depăşeşte limita
admisibilă. Prin cunoaşterea efectelor pesticidelor se
reduce riscul poluării, controlul strict al reziduurilor
remanenŃa şi se accelerează procesele de refacere a
fertilităŃii şi structura solurilor degradate.
ProducŃia agricolă se află continuu supusă la presiuni
de ordin economic, de protecŃie a mediului şi de
realizare a unor produse ecosanogene. PreŃurile de
cost ridicate ale pesticidelor şi normele de protecŃia
mediului şi consumatorilor sunt stimulente pentru
fermieri pentru utilizarea celor mai perfecŃionate
metode de aplicare a pesticidelor
REFERENCES / BIBLIOGRAFIE
1. Popescu, M. Cercetări privind optimizarea indicilor
calitativi de lucru ai maşinilor de stropit culturile de câmp.
Teză de Doctorat, Universitatea Transilvania Braşov, 2007.
2. Rus, Fl. Maşini agricole pentru lucrările solului, semănat
şi întreŃinerea culturilor. Universitatea Transilvania, 1987.
3. RUS, FL. Bazele operaŃiilor în industria alimentară. Universitatea
Transilvania Braşov, 2001, ISBN 973 8124-46-8.
4. Stahli, W. RAU Agrotechnik, Sisteme actuale de
aplicare prin stropire a tratamentelor fitosanitare şi a
îngrăşămintelor lichide în agricultură. USAMV a
Banatului, Facultatea de Horticultură, 1997.
5. Stahli, W. Maşini pentru aplicarea tratamentelor
fitosanitare şi fertilizarea foliară a culturilor legumicole.
Ed. AGROPRINT, TIMIŞOARA, 2003.
22
Vol. 28, No.2 /2009
WINE CLARIFICATION TECHNOLOGIES THROUGH FILTRATION
/
TEHNOLOGII DE LIMPEZIRE A VINURILOR PRIN FILTRARE
1
Prof.PhD. Eng.Florean RUS
2
Phd. Stud. E. Mărginean Teodor Florin
1
UNIVERSITY TRANSILVANIA OF BRAŞOV
2
SC JIDVEI SRL, the ALBA Branch
Abstract: Wine limpidity represents a criterion for quality
assessment in the case of all categories of wine. Wine
clarification is a process which consists of the elimination of
the solid particles, regardless of their nature, which are
suspended in the liquid. The clearing of the wine can be
obtained through both mechanical and chemical purification
methods, applied in very precise conditions, each having its
advantages and disadvantages specified for each case. The
separation methods are not mutually exclusive but
complementing. The filtration operation represents a rapid
way of performing the wine clarification, operation which
involves the loss of very small quantities of wine.
Rezumat: Limpiditatea vinului reprezintă o condiŃie de
calitate pentru toate categoriile de vinuri. Limpezirea
vinurilor este un proces prin care se realizează eliminarea
particulelor solide, de orice natură, aflate în suspensie în
masa de vin. Limpezirea vinurilor se poate obŃine prin
metode mecanice de purificare cât şi prin metode chimice,
fiecare dintre ele fiind aplicate în condiŃii bine determinate,
fiecare având avantaje şi dezavantaje care sunt specificate
pentru fiecare caz în parte. Metodele de separare nu se
exclud una pe alta ci se completează. OperaŃia de filtrare
reprezintă un mijloc mai rapid de realizare a limpezirii
vinurilor, operaŃia producându-se cu pierderi mici de vin.
Keywords: Limpidity, filtration, wine.
Cuvinte cheie: Limpiditate, filtrare, vin.
1. ASPECTS CONCERNING THE WINE CLARIFICATION
THROUGH FILTRATION
Quality wine must be limpid at the moment of the
bottling and must preserve this feature while being
stored, so it must be stabilized. Limpidity is a basic and
permanent characteristic of wines. In the specialized
literature, wine is considered a “liquid being” which
undergoes in its life cycle the following five stages: birth
(fermentation), formation, maturation, ageing and
degradation. Since wine contains molecules and dissociation
products of different substances, it can be considered a
molecular solution, and, if we take into consideration the
fact that wines contain colloids from the grapes, wine
can also be considered a colloidal solution.
In order to survive, wines must be able to stand all
clearing and stabilization treatments performed with the
aim of emphasizing its organoleptic features (thickness,
the particularities of the soil, the harmony of the
elements, the resistance to microorganisms), its
originality and personality, but also in order to prevent
or remedy any possible organoleptic deviations known
as illness or defects of wines.
In concrete cases, the technological operation of wine
filtration can ensure the limpidity and stability of a
wine. Filtration has become in the last 30÷40 years a very
important operation for wine conditioning and stabilization.
1. ASPECTE PRIVIND LIMPEZIREA VINURILOR PRIN
FILTRARE
Vinul de calitate trebuie să fie limpede în
momentul îmbutelierii şi trebuie să-şi păstreze această
însuşire pe tot timpul păstrării, deci să fie stabilizat.
Limpiditatea este o însuşire de bază şi permanentă a
vinurilor. În literatura de specialitate, vinul este considerat ca o
„fiinŃă lichidă”, el parcurgând în existenŃa sa următoarele cinci faze:
naşterea (fermentaŃia), formarea, maturarea, învechirea şi
degradarea. Întrucât vinul conŃine molecule şi produse de
disociere a diferitelor substanŃe, se poate considera că el
este o soluŃie moleculară, iar dacă se consideră că în masa
vinului sunt prezenŃi coloizi, care au drept origine strugurii,
se poate considera că vinul este şi o soluŃie coloidală.
Pentru a supravieŃui vinurile trebuie să poată
suporta toate tratamentele de limpezire şi stabilizare în
scopul evidenŃierii calităŃilor organoleptice (pregnanŃă,
particularitatea soiului din care provine, armonia dintre
elemente, rezistenŃă la microorganisme), a originalităŃii
şi personalităŃii sale, dar şi pentru a evita sau a remedia
eventuale deviaŃii organoleptice cunoscute ca boli şi
defecte ale vinurilor.
În cazuri concrete, operaŃia tehnologică de filtrare
a vinurilor poate asigura limpiditatea şi stabilitatea unui
vin. Filtrarea a devenit în ultimii 30÷40 de ani o operaŃie de
bază în tehnologia condiŃionării şi stabilizării vinurilor.
2. TECHNOLOGICAL PROCEDURES FOR WINE
CLARIFICATION
Wine clarification is the process of eliminating
crystalline and non-crystalline particles, the yeasts, the
bacteria and all the solid substances (the dimensions of
the particles vary in the range 0,5÷5µm) which causes the
wine slime, as well as the substances in colloidal
suspension (whose dimensions vary between 1 and 1000nm)
which could subsequently cause the muddy aspect of the wine.
2. PROCEDEE TEHNOLOGICE DE LIMPEZIRE A
VINURILOR NOI
Limpezirea vinului este procesul de eliminare a
particulelor cristaline şi amorfe, a levurilor, bacteriilor şi a
tuturor substanŃelor solide (dimensiunile particulelor fiind
cuprinse în intervalul 0,5÷5µm) ce alcătuiesc tulbureala
vinului, precum şi a substanŃelor dispersate coloidal
(dimensiunile particulelor fiind cuprinse în intervalul 1 şi
1000nm) ce ar putea tulbura ulterior vinul.
Table 1 - Elements in the composition of wines / Elemente care formează compoziŃia vinurilor
Limpidity / Limpiditate
The diameter of the particles
/ Diametrul particulelor
SOLUTIONS /
SOLUłII
Slime / Tulbureală
Particles visible with the help of the electronic Particles visible with the help
of the optical microscope /
microscope / Particule vizibile cu microscopul
Particule vizibile cu
electronic
microscopul optic
0,03 micron
0,3 micron
COLLOIDAL PARTICLES (opalescent) /
MICROBIAL
PARTICULE COLOIDALE (opalescente)
SUSPENSIONS /
Hydrophobic Colloids / Coloide Hidrofobe
SUSPENSII
- wine stone crystals in the formation stage / cristale
MICROBIENE
de tartru în stadiu de formare
- metallic in formation / metalice în de formare
- sugars / zaharuri
Hydrophilic Colloids / Coloide hidrofile
- organic acids / acizi organici - protean colloids / coloide proteice
- Yeasts / Levuri (5-8µ)
- sugar colloids (neutral polysaccharides, gums, Bacteria / Bacterii (0,5-1µ)
- salts / săruri
mucilage, dextrans) / coloide glucidice (poliozide
neutre, gume, mucilagii, dextrani)
Particles visible with the naked
eye / Particule vizibile cu ochiul
liber
10 micron
DEPOSITS / DEPOZITE
- Remains of grapes, wine stone
salt crystals / Resturi de struguri,
cristale de săruri tartrice;
- Precipitating coloring materials /
Materii colorante precipitate
- remains of the filtration process
(cellulose, diatomite) / resturi din
procesul de filtrare (celuloză, diatomit)
23
Vol. 28, No.2 /2009
The particles which cause the muddiness are
colloidal and in suspension in the wine. The
phenomenon concerning the limpidity and the
clarification of wines might be explained to a large
extent by the electric charges of the particles which
cause them to reject each other. The electrical charge
of a particle is determined by the fixing of the ions
resulting from dissociation processes on the surfaces,
through an adsorption phenomenon.
The clarification process can be performed mainly by
sedimentation, filtration and by means of colloidal substances.
Wine clarification through sedimentation is
performed on the basis of the density differences
between the liquid stage and the particles is
suspension. The operation can be performed in the field
of the gravitation or the centrifugal forces.
The wine clarification process through sedimentation
in the gravitational field is defined as self-clarification or
natural clarification of the wine, which consists in the
elimination through sedimentation under the influence of
the gravitational force of the impurities suspended in it. The
yeasts, stone wine salts and the curdled albuminoid
materials (made insoluble by the tannin in the wine and by
air), are decanted on the bottom of the vessel, taking with
them the other remains of solid materials from the grapes,
which are the main causes for muddy aspect of the wine.
In the practice of wine technology, the clearing through
sedimentation is achieved by maintaining the wine in
closed sedimentation vessels and decanting it at certain
time intervals from the sediments deposited.
Particulele responsabile de tulburarea vinului sunt
de natură coloidală aflate în suspensie în masa vinului.
Fenomenele referitoare la limpiditatea şi limpezirea
vinurilor, se pot explica într-o mare măsură şi prin
sarcinile electrice cu care sunt încărcate particulele,
care fac ca acestea să se respingă. Sarcina electrică a
unei particule provine din fixarea pe suprafaŃa lor, prin
fenomenul de adsorŃie, a ionilor rezultaŃi în urma unor
procese de disociere.
Procesul de limpezire se poate realiza, în
principal prin sedimentare, filtrare şi cleire.
Limpezirea prin sedimentare se realizează pe
baza diferenŃei de densitate dintre faza lichidă
majoritară şi particulele aflate în suspensie. OperaŃia
poate fi realizată în câmpul de forŃe gravitaŃional sau în
câmpul de forŃe centrifug.
Procedeul tehnologic de limpezire a vinului prin
sedimentare în câmp gravitaŃional este definit ca
autolimpezire sau limpezire a vinului pe cale naturală, el
constând în eliminarea prin sedimentare sub acŃiunea
forŃei de gravitaŃie a impurităŃilor solide dispersate în
masa lui. Levurile, sărurile tartrice şi materiile
albuminoide închegate (insolubilizate de taninul vinului
şi de aer), se depun la fundul vasului, antrenând cu ele
şi celelalte resturi de materii solide rămase din struguri,
care toate împreună provocau tulbureala vinului. În
practica vinicolă limpezirea prin sedimentare se
realizează prin menŃinerea vinului în vase de
sedimentare închise şi decantarea lui la anumite
intervale de timp, de depozitul format.
Table 2 - The clogging potential of particles / Puterea de colmatare a particulelor
Particles without deformation / Particule
nedeformabile
Compressible particles / Particule compresibile
High clogging potential /
Putere de colmatare mare
- proteins / proteine
- polysaccharide / polizaharide
- mucilage / mucilagii
- gums / gume
- colloidal colouring material /
materii colorante coloidale
Medium clogging potential /
Putere de colmatare mijlocie
- yeast / levuri
- bacteria / bacterii
The sedimentation speed in the gravitational field is
described through the following formula:
v sG = g
Negligible clogging potential /
Putere de colmatare neglijabilă
- fine precipitates / precipitate fine
- amorphous / amorfe
- wine stone crystals / cristale de tartru
- diatomite / diatomit
Viteza de sedimentare în câmp gravitaŃional este
descrisă analitic prin relaŃia:
(ρ p − ρ v )d p2
(1)
18η v
where: ρp and ρv represent the density of the particle and
3
of the wine, in kg/m ; d p - the size of the particles in m; η v
vinului, în kg/m ;
unde: ρp şi ρv sunt respectiv densitatea particulei şi a
- the wine dynamic viscosity, in Pa⋅m; g – the
2
gravitational acceleration, in m/s .
The formation speed of the deposits depends on
the circulation of the liquid inside the vessel in which the
operation is performed, which is a function of the
temperature gradient, of the CO2 emissions and of the
nature of the recipients.
The main disadvantages of the wine clarification
process through sedimentation in the gravitation field
refers to the low speed for the production and the
incomplete elimination of the yeasts and the bacteria. The
low production speed imposes the performance of wine
treatment operations for the whole duration of the
storage, and because the yeasts and the bacteria are
incompletely eliminated, the process fails to ensure the
- vâscozitatea dinamică a vinului, în Pa⋅m; g –
2
acceleraŃia gravitaŃională, în m/s .
Viteza de formare a depunerilor este dependentă
de circulaŃia lichidului în interiorul vasului în care se
efectuează operaŃia, care este o funcŃie de gradientul
de temperatură, de degajarea de CO2 şi de natura
recipienŃilor.
Dezavantajele principale ale procesului de
limpezire prin sedimentare în câmp gravitaŃional se
referă la viteza mică de producere şi la eliminarea
incompletă a levurilor şi bacteriilor. Viteza mică de
producere impune efectuarea lucrărilor de îngrijire a
vinului pe toată durata stocării iar prin faptul că nu se
realizează eliminarea completă a levurilor şi
bacteriilor, procedeul nu asigură vinurilor o stabilitate
3
d p - diametrul particulelor, în m; η v
24
Vol. 28, No.2 /2009
durable stability of the wines, which exposes them to refermentations. The excess of wine stone salts, which can
precipitate even after two winters, the protein substances,
the iron and the copper insufficiently eliminated, can cause
the muddy aspect even in the case of the bottled wine.
Wine clarification trough centrifugation. It is based
on the sedimentation of the particles causing the muddy aspect
whose density is higher than that of the wine under the
influence of the centrifugal force. The sedimentation speed
in the centrifugal field is described analytically by the formula:
v sC =
durabilă, vinurile fiind expuse la refermentări. Excesul
de săruri tartrice, care pot precipita chiar şi după două
ierni, substanŃele proteice, fierul şi cuprul insuficient
eliminate, pot provoca tulbureli chiar şi în vinul
îmbuteliat.
Limpezirea vinurilor prin centrifugare. Se
bazează pe sedimentarea particulelor de tulbureală a
căror densitate este mai mare decât cea a vinului sub
influenŃa forŃei centrifuge. Viteza de sedimentare în
câmp centrifug este descrisă analitic prin relaŃia:
2 ⋅ π 2 D ⋅ n 2 ⋅ ( ρ p − ρ v ) ⋅ d 2p
18 ⋅ η v
where: D – the diameter of the centrifugal barrel, in m; n
– the rotating speed of the rotor in the centrifugal
machine, in turns/s.
,
(2)
în care: D – diametrul tobei centrifuge, în m;
turaŃia rotorului centrifugei, în rot/s.
n
–
Table 3 - The laminar sedimentation speeds for particles of different sizes /
Vitezele de sedimentare în regim laminar a particulelor de diferite diametre
Diameter of the particles /
Diametrul d al particulelor
1 mm
0,1 mm
0,01 mm
0,001 mm
The sedimentation speed vs in the
water / Viteza de sedimentare vs
în apă
-2
87 10 m/s
-2
0,87 10 m/s
-2
0,0087 10 m/s
-2
0,000087 10 m/s
In the case of a plate centrifuge, the centrifugal
acceleration can be of 5.000÷9.000⋅g, and in case of
ultracentrifuge of around 15.000⋅g.
In the case of continuously functioning
centrifuges, the efficiency of the wine clarification
through centrifugation depends on the supply flow, on
the wine supplied in the suspensions and on the type
of centrifuge. For a given centrifuge and for a type of
wine with a certain content of suspensions, the lower
the flow, the finer the particles that can be separated,
because the standing duration of the particles
suspended becomes higher than the sedimentation time.
Wine clarification using colloidal substances. It is a
clearing technique based on the agglomeration of muddy
particles in conglomerates, which facilitates their
separation both through sedimentation and filtration (it
increases the size of the particles). The technological
process consists in inserting in the wine non-ionic
linear polymers (electrically neutral), with a large
molecular mass which adsorbs different particles
through hydrogen bands or through polar bonds. The
neutral particles associated through flocculation are
deposited very easily, and the aggregates of fine
particles, also called flocculent, become the structural
unit of the sedimentation process.
The oenological materials used to perform the wine
clarification by means of colloidal substances are mineral
substances (caolin, Spanish earth, Bentonite, clay
containing water, silica, Al, Fe, CaCO3, Mg, K and Na) or
organic substances (tannin, gelatine, carpentry or fish
clay, egg albumin, casein and milk, blood).
Wine clarification trough filtration. Filtration is the
operation of retaining solid particles on the surface or
in the mass of a porous environment, which allows only
the passage of fluids. The filtration operation presents the
following advantages: it a more speedy process which
involves the loss of smaller quantities of wine, it can be
applied to any category and type of wine, the results
obtained are uniform, the separation of the muddy
particles does not depend on their density or on the
density of the wine, which is a very advantageous
The time needed to cross the 1m
distance / Timpul necesar pentru a
parcurge distanŃa de 1m
1,15 s
2
1,15 10 s
4
1,15 10 s
6
1,15 10 s
În cazul unei centrifuge cu talere, acceleraŃia
centrifugă poate fi de 5.000÷9.000⋅g, iar la
ultracentrifuge de circa 15.000⋅g.
În cazul centrifugelor cu funcŃionare continuă,
eficienŃa limpezirii vinului prin centrifugare este
dependentă de debitul de alimentare, de încărcarea
vinului în suspensii şi de tipul centrifugei. La o
centrifugă dată şi pentru un un vin cu un anume
conŃinut de suspensii, cu cât debitul este mai mic, se
pot separa particule foarte fine, deoarece durata de
staŃionare a particulelor aflate în suspensie devine mult
mai mare decât timpul de sedimentare.
Limpezirea vinului prin cleire. este un procedeu
de limpezire care se bazează pe aglomerarea particulelor
de tulbureală în conglomerate, fapt ce uşurează
separarea lor atât prin sedimentare, cât şi prin filtrare
(creşte dimensiunea particulelor). Procedeul tehnologic
constă în introducerea în vin a unor polimeri lineari
neionici (neutrii din punct de vedere electric), cu masă
moleculară mare pe care se adsorb pe diferite particule
prin legături de hidrogen sau prin legături polare a cărei
floculare. Particulele neutre asociate prin floculare
sedimentează relativ uşor, iar agregatele de particule fine,
denumite şi flocoane, devin unitatea structurală a
procesului de sedimentare.
Materialele oenologice folosite pentru realizarea
operaŃiei de cleire sunt substanŃele minerale (caolinul,
pământul de Spania, Bentonita, argilă ce conŃine apă,
silice, Al, Fe, CaCO3, Mg, K şi Na) sau substnŃele
organice (taninul, gelatina, cleiul de tâmplărie şi de
peşte, albumina de ou, caseina şi laptele, sângele).
Limpezirea vinului prin filtrare. Filtrarea este
operaŃia de reŃinere a particulelor solide pe suprafaŃa
sau în masa unui mediu poros, prin care poate trece
numai faza fluidă. OperaŃia de filtrare prezintă
următoarele avantaje: este un mijloc mai rapid şi cu
pierderi mai mici de vin, se poate aplica la orice
categorie şi tip de vin, rezultatele obŃinute sunt
uniforme, separarea particulelor de tulbureală nu este
condiŃionată de densitatea lor sau a vinului, situaŃie
foarte avantajoasă mai ales pentru vinurile cu densitate
25
Vol. 28, No.2 /2009
ridicată, datorită unui conŃinut bogat în extract şi
zaharuri, unde separarea prin sedimentare naturală
durează mult timp, eficacitatea operaŃiei este mai puŃin
dependentă de factori externi, se poate aplica în orice
anotimp al anului, este un mijloc important de separare
a substanŃelor folosite la cleire, procedeul poate fi
utilizat şi ca mijloc de sterilizare a vinurilor cu rest de
zahăr, pasibile de refermentări. Aceste avantaje au
determinat ca aproape toate vinurile albe ce se
livrează în prezent consumului să fie filtrate.
Filtrarea nu trebuie privită ca o soluŃie universal valabilă.
Mai recomandabil este ca în momente oportune să se
aplice, succesiv, toate aceste procedee de limpezire, în aşa
fel ca avantajele pe care le oferă fiecare din ele să se
completeze reciproc, încât cu minimum de cheltuieli să se
realizeze, în final, maximum de calitate.
situation especially for high density wines, because their
content is rich in extract and sugars, in which case the
separation through natural sedimentation takes too long,
the efficiency of the operation is less dependant on
external factors, it can be applied in any season, it is an
important method of separating the colloidal substances
used, the process can also be used as a sterilization method
for wines containing remains of sugar, subject to re-fermentations.
These advantages determined the use of filtration in the
case of almost all the white wines available on the market.
Filtration must not be regarded as a universally
valid solution. It is advisable to use at the opportune
moments, successively, all these clarification
procedures, in order to benefit form the advantages
offered by each of them, so that the maximum quality
is achieved in the end with minimum expenses.
Table 4 - Range of application for filtration / Domeniile de aplicare a operaŃiei de filtrare
Size of particles /
Diametrul
particulelor [µm]
Molecular weight /
Masa moleculară
MM
Characteristics of the
particles /
Caracteristicile
particulelor
Separation through
filtration /
Procedeul de
separare prin filtrare
0,0001
0,001
0,01
0,1
1,0
10
100
100
1000
10.000
100.000
500.000
-
-
Ions /
ioni
molecules /
molecule
OI*
macromolecules /
macromolecule
Regular filtration /
Filtrare obişnuită
Ultrafiltration / Ultrafiltrare
Nanofiltration /
Nanofiltrare
cells + micro particles /
celule + microparticule
Microfiltration /
Microfiltrare
*Reversed osmosis / Osmoză inversă
3. CHARACTERISTICS OF THE FILTRATION OPERATIONS
IN THE CASE OF WINE TECHNOLOGIES
The passage of the liquid through the porous
environment is achieved due to the pressure differences
between the two surfaces of the porous environment. The
pressure difference is more important that the hydraulic
resistance of the porous filtering environment at the
passage of the fluid and it is the higher if the hydraulic
resistance of the porous filtering environment is higher.
The dependence of the factors governing the
filtration operation is described in the formula:
Q=
3
dV
=
dτ
3. CARACTERISTICILE OPERAłIEI DE FILTRARE ÎN
TEHNOLOGIILE DE OBłINERE A VINURILOR
Trecerea fazei fluide prin mediul poros se
realizează datorită diferenŃei de presiune creată între
cele două suprafeŃe ale mediului poros. DiferenŃa de
presiune învinge rezistenŃa hidraulică opusă de mediul
filtrant poros la trecerea fluidului şi este cu atât mai
mare cu cât rezistenŃa hidraulică a mediului filtrant este
mai mare.
DependenŃa dintre factorii care guvernează
operaŃia de filtrare este descrisă analitic prin relaŃia:
A ⋅ ∆p
,
V


ν ⋅ ρ ⋅  β1 ⋅ x ⋅ + r2 
A


where Q is the flow to be filtered, in m /s; A – the
2
surface area of the filtering environment, in m ; V – the
3
2
filtering volume, in m ; ν - cinematic viscosity, in m /s; ρ
3
- the density of the filtrate, in kg/m ;β1 – the cake
-2
hydraulic resistance, in m ; x – the volume
concentration of the solid particles in the wine; r2 – the
-1
hydraulic resistance specific for the membrane, in m .
The fluid flow rate which passes through the filter
is proportional with the filtering surface and with the
pressure difference between the surfaces of the
filtering environment and inverse proportional with the
cinematic viscosity, the filtering density, the volume
hydraulic resistance and the thickness specific to every
filtering layer and with the concentration of the solid
particles in the supply flow. The solid particles which
are retained by the porous environment form on its
surface a precipitate layer, the hydraulic resistance
(3)
3
unde Q este debitul de filtrat, în m /s; A – aria
2
suprafeŃei mediului filtrant, în m ; V – volumul de filtrat,
3
2
în m ; ν - vâscozitatea cinematică, în m /s; ρ 3
densitatea filtratului, în kg/m ;β1 – rezistenŃa hidraulică
-2
volumică a precipitatului, în m ; x – concentraŃia
volumică a particulelor solide din vin; r2 – rezistenŃa
-1
hidraulică specifică a membranei, în m .
Debitul de fluid care trece prin filtru este
proporŃional respectiv, cu suprafaŃa de filtrare şi cu
diferenŃa depresiune dintre feŃele mediului filtrant şi
invers proporŃional respectiv, cu vâscozitatea
cinematică, densitatea filtratului, cu rezistenŃa hidraulică
volumică şi grosimea proprie a fiecărui strat filtrant şi cu
concentraŃia particulelor solide existente în fluxul de
alimentare. Particulele solide care sunt reŃinute de către
mediului poros, formează pe suprafaŃa lui un strat de
precipitat, rezistenŃa hidraulică opusă de acesta la
26
Vol. 28, No.2 /2009
opposed by this layer at the passage of the fluid stage
depends on the thickness of the layer. The higher the
thickness of the precipitate layer, the lower the filtering
flow until it reaches a value at which the filtration
operation becomes uneconomical.
The unstable character of the filtration operation is determined
by the variability of the values of the specific parameters:
the filtering flow rate, the thickness of the precipitate layer
which is formed on the surface of the membrane, the variation
in time of the resistance opposed by the filtering environment
at the passage of the fluid, the filtration speed etc.
The way the filtration operation is performed
depends on the specific conditions of the filtration
which are influenced by:
- the features of the precipitate which refer to whether
they are compressible or without deformation. The hydraulic
resistance of the compressible precipitates increases
as the pressure differences between the two surfaces
of the filtering layers become more significant;
- the way the pressure evolves.
The filtration operation can be performed at a
constant pressure when a variable filtering flow rate is
obtained, or at a variable pressure in order to obtain a
constant filtering flow rate, the work pressure must be
increased as the filtering flow continues to decrease, as a
result of the increase of the hydraulic resistance of the
filtering environment. The correlation between the value of the
pressure and the value of the hydraulic resistance of the
filtering environment, so that we can obtain a constant filtration
flow rate, requires the introduction of an automation system.
During the filtration operation, the solid particles, whose
dimensions are smaller than the diameter of the pores, go
through the pores where some of them are retained, through
the adsorption phenomenon on the interior surface of the
pores of the filtering environment. In the filtration process, the
solid particles fixed on the surface of the pores, clog the
pores of the filtering material, modifying the hydraulic
resistance opposed at the passage of the fluid.
In order to limit the thickness of the precipitate
layer on the surface of the filtering material the filtration
method is used in cross current, when the suspension
moves tangentially with the surface of the filtering
material, the fluid current leaving the filter carries with it
the particles in suspension.
The aim of the theoretical research by means of
mathematical modelling is to determine the
connections between the factors which govern the
filtration operation: determining the variation laws for
the filtration flow rate depending on the characteristics
of the filtrating environment and of the wine in the
supply flow. The theoretical research is complemented
by experimental research on laboratory equipment
whose aim is to determine the value of the parameters
specific for the filtering environment. The theoretical
and experimental research is used to calculate the projection
of the filters and to rationally manage the filtration operation.
trecerea fazei fluide fiind dependentă de grosimea
stratului. Pe măsură ce creşte grosimea stratului de
precipitat, debitul de filtrat scade până la o valoare de
la care executarea în continuare a operaŃiei de filtrare
devine neeconomică
Caracterul nestaŃionar al operaŃiei de filtrare este
determinat de variabilitatea valorilor parametrilor
caracteristici: debitul de filtrat, grosimea stratului de
precipitat care se formează pe suprafaŃa membranei,
variaŃia în timp a rezistenŃei opusă de mediul filtrant la
trecerea fazei fluide, viteza de filtrare etc.
Modul de realizare a operaŃiei de filtrare este
dependentă de condiŃiile specifice în care se
realizează filtrarea, care sunt influenŃate de:
- caracteristicile precipitatului, care se referă la faptul
dacă acestea sunt compresibile sau incompresibile.
RezistenŃa hidraulică a precipitatelor compresibile creşte
odată cu majorarea diferenŃei de presiune dintre cele
două feŃe ale stratului filtrant;
- modul de conducere a presiunii.
OperaŃia de filtrare poate fi realizată la presiune
constantă, când se obŃine un debit de filtrare variabil,
sau la presiune variabilă, pentru a se obŃine un debit
de filtrare constant, presiunea de lucru trebuie mărită
pe măsură ce debitul de filtrant tinde să scadă, ca
urmare a creşterii rezistenŃei hidraulice a mediului filtrant.
Corelarea valorii presiunii cu valoarea rezistenŃei
hidraulice a mediului filtrant, astfel încât să se obŃină
un debit constant de filtrat, necesită introducerea unui
sistem de automatizare.
Pe parcursul operaŃiei de filtrare, particulele
solide care au dimensiunile mai mici decât diametrul
porilor, pătrund în pori, unde o parte sunt reŃinute, prin
fenomenul de adsorbŃie, pe suprafaŃa interioară a
porilor mediului filtrant. În procesul de filtrare,
particulele solide fixate pe suprafaŃa porilor,
colmatează porii materialului filtrant, modificând
rezistenŃa hidraulică opusă la trecerea fazei fluide.
Pentru limitarea grosimii stratului de precipitat pe
suprafaŃa materialului filtrant, se utilizează metoda de
filtrare în curent transversal, când suspensia se
deplasează tangenŃial în raport cu suprafaŃa
materialului filtrant, curentul de fluid care părăseşte
filtrul antrenând cu el particulele aflate în suspensie.
Cercetările teoretice prin modelare matematică
au drept scop determinarea relaŃiilor de legătură dintre
factorii care guvernează operaŃia de filtrare:
determinarea legităŃilor de variaŃie a debitului de filtrat
în funcŃie de caracteristicile mediului filtrant şi a vinului
din fluxul de alimentare. Cercetările teoretice sunt
completate cu cercetări experimentale pe instalaŃii de
laborator, care au ca scop determinarea valorilor
parametrilor specifici ai mediului filtrant. Ansamblul
cercetărilor teoretice şi experimentale sunt utilizate în
calculul de proiectare al filtrelor şi pentru conducerea
raŃională a operaŃiei de filtrare.
Figure 1 - Methods for performing the filtering operation / ModalităŃi de conducere a operaŃiei de filtrare
27
Vol. 28, No.2 /2009
Table 5 - Typical values of the porosity of certain filtering materials /
Valori tipice ale porozităŃii ale unor materiale filtrante
Materials used for the filtering environment /
Materiale utilizate pentru mediul filtrant
Rips / rips
Metallic fabric / łesături metalice
Crossed / încrucişate
Plastic, ceramic materials / Materiale plastice, ceramică
Porous ceramic / Ceramică poroasă
Membranes (plastic, foam) / Membrane (plastic, spumă)
Filtering plate / Plăci filtrante
Paper / Hârtie
Filtering adjuvant, kieselgur / AdjuvanŃi de filtrare, kieselgur
Porosity / Porozitatea
[%]
15…25
30…35
30…50
70
80
80
60...95
84…94
Table 6 - The permeability values for certain filtering environments /
Valorile permeabilităŃi unor medii filtrante
Permeability / Permeabilitatea
Filtering environment /
Mediul filtrant
[Darcy]
Sterilised filtering plates / Plăci filtrante sterilizante
0,017
Slow filtering agents / AgenŃi filtranŃi lenŃi
0,10 … 0,50
Metal with a pore diameter of 3µ / Metal cu diametrul porului de 3µ
0,2
Medium filtering agents / AgenŃi filtranŃi medii
1…2
Metal with a pore diameter of 8 µ / Metal cu diametrul porului de 8 µ
Fast filtering agents / AgenŃi filtranŃi rapizi
2…7
7,5
70
The hydraulic resistance of the filtering material
to the passage of the fluid is characterised by the
property of permeability. Permeability is an intrinsic
property of the porous environment, the passage
speed of the fluid through the mass of the porous
environment is proportional with the porosity of the
environment. The dimension of the filtering material
pores determines the capacity to retain particles of
certain minimum dimensions (filter selectivity).
RezistenŃa hidraulică opusă de materialele
filtrante la trecerea fazei fluide este caracterizate prin
proprietatea de permeabilitate. Permeabilitatea este o
proprietate intrinsecă a mediului poros, viteza de
trecere a fluidului prin masa mediului poros fiind
proporŃională cu porozitatea mediului. De dimensiunea
porilor din masa materialului filtrant depinde
capacitatea de reŃinere a particulelor de anumite
dimensiuni minime (selectivitatea filtrului).
4. CONCLUSIONS
The efficiency and quality of the filtration
operation depend largely on the characteristics of the
filtering environment. A mandatory requirement for the
filtering materials refers to the fact that they must be
inert from a chemical point of view in order not to
influence negatively the features of the processed
wines. The filtering materials influence the filtering
operation through their nature, their porosity, their
hydraulic resistance to the passage of the fluid and
through the mechanism for retaining solid particles.
The product which is filtered influences the filtering by
its nature, sizes and the concentration of solid particle
suspended in the wine, by its content of conglomerated
substances, sugar, glycerol etc., by their superficial
tension and the treatments it underwent previously.
4. CONCLUZII
EficienŃa şi calitatea operaŃiei de filtrare depind în
mare măsură de caracteristicile mediului filtrant. O cerinŃă
obligatorie pe care trebuie să o îndeplinească materialele
filtrante se referă lafaptul că ele trebuie să fie inerte din
punct de vedere chimic pentru a nu influenŃa negativ
însuşirile senzoriale ale vinurilor procesate. Materialele
filtrante influenŃează operaŃia de filtrare prin natura lor,
porozitatea proprie, rezistenŃa hidraulică pe care o oprun la
trecerea fazei fluide şi prin mecanismul de reŃinere a
particulelor solide. Produsul supus operaŃiei de filtrare
intervine asupra modului de realizare a acesteia prin
natura, dimensiunile şi concentraŃia particulelor solide
aflate în suspensie în vin, prin conŃinutul în substanŃe
colmatante zaharuri, glicerol etc. prin tensiunea superficială
şi tratamentele prealabile la care a fost supus.
REFERENCE / BIBLIOGRAFIE
1 Cotea V., Sauciuc I., H.: Oenology Treaty (Tratat de
oenologie). Bucharest: Ed Tehnică, 1978.
2 Gautier B.: Aspects pratiques de la filtration des vins.
Bourgogne Publications s.a.r.l., Chateau de Chaintre,
ISBN 2-905428-00-7.
3 Rus Fl.: Separation Operations in the Food Industry
(OperaŃii de separare în industria alimentară). Braşov:
Ed. UniversităŃii Transilvania, 2001, ISBN
4 TiŃa O.: Technologies for wine productions
(Tehnologii de obŃinere a vinurilor). Sibiu: Ed.
UniversităŃii Lucian Blaga, 2004, ISBN 973-651-913-9
5 Wakeman R., Tarleton S.: Solid-liquid separation.
Principles of industrial filtration. Elsevier Inc., New
York, 2005, ISBN 1 8561 74190.
28
Vol. 28, No.2 /2009
TRANSFORMATION OF SANDY SOIL QUALITY FOLLOWING AGRICULTURAL PRACTISES
ON SOUTH OLTENIA
/
TRANSFORMĂRI ALE CALITĂłII SOLULUI NISIPOS CA URMARE A PRACTICILOR
AGRICOLE DIN SUDUL OLTENIEI
Prof. I.SARACIN*, Dr. OLIMPIA PANDIA*,Prof. M.GHEORGHE**, Conf. F.GHEORGHE***
Abstract: The paper was realised having as departure point
the map of soils from the South of Oltenia, processed with
the aid of SIG. The South area of district Dolj, though its
geographical position it is situated under the influence of an
excessive natural ground with annual average temperatures
that are high enough, average annual precipitation of 400500 mm and the value of the small aridity index is
considered to be one of the most predisposed areas at the
process of soil degradation due to drought phenomenon of
drought – aridity – desert. Work of improvement and
preservation of the soils must be advisable realised.
Rezumat: Lucrarea a fost realizată având ca punct de
plecare harta solurilor din partea de sud a Olteniei,
prelucrate cu ajutorul SIG. Zona de sud a judeŃului Dolj,
prin poziŃia sa geografică se află sub influenŃa excesivă a
unui sol natural cu temperaturi medii anuale, care sunt
destul de ridicate, cu media anuală de precipitaŃii de 400500 mm şi valoarea mică a indexului de ariditate ceea ce o
fac să fie una dintre zonele cele mai predispuse la
procesul de degradare a solului din cauza fenomenul de
secetă – ariditate - deşert. Este recomandabilă
îmbunătăŃirea şi conservarea solurilor.
Keywords: management; iindicators; structure; erosion;
retention of nutrients
Cuvinte cheie: management,
eroziune, retentie la nutrienŃi
INTRODUCTION
The management of soil quality refers to the selection
of the adequate agricultural practices, correspondent to the
modality of usage of the agricultural field, depending on soil
types for the territory of each agricultural exploitation. The
evaluation of the management of the soil quality represents
the process of measuring the changes that took place in
the quality of the soil, as a result of the agricultural practices
adopted for the improvement of the economical performances
obtained for the same field surface.
For the identification of the properties or the key
attributes of the soil, sensible to exchange the function of the
soil will be recommended the research of a minimum set of
indicators, of primordial interest for the farmer.
Indicators selected for evaluation of the management of
soil quality must show which are the present performances of
the soil and how can be preserved and improved their
functions for future usage. The selected indicators can refer to
physical, chemical, biological characteristics or at processes
that took place at the level of the soil. In chart 1 is presented a
set of indicators regarding the main characteristics of the
health status of the soil:
INTRODUCERE
Managementul calităŃii solului se referă la selectarea
practicilor agricole adecvate, corespunzător modului de
utilizare a terenului agricol în funcŃie de tipurile de sol de pe
teritoriul
fiecărei
exploataŃii
agricole.
Evaluarea
managementului calităŃii solului reprezintă procesul de
măsurare a schimbărilor intervenite în calitatea solului a
urmare a practicilor agricole adoptate pentru îmbunătăŃirea
performanŃelor economice obŃinute de pe aceiaşi suprafaŃă
de teren.
Pentru identificarea proprietăŃilor sau atributelor cheie
ale solului, sensibile la schimbarea funcŃiunii solului se
recomandă cercetarea unui set minim de indicatori, de
interes primordial pentru fermier.
Indicatorii selectaŃi pentru evaluarea managementului calităŃii
solului trebuie să arate care sunt performanŃele actuale ale
solului şi cum pot fi prezervate şi îmbunătăŃite funcŃiile acestora
pentru utilizarea viitoare. Indicatorii selectaŃi se pot referi la
caracteristicile fizice, chimice, biologice, sau la procesele
ce au loc la nivelul solului. În tabelul 1 este exemplificat un
set de indicatori cu referire la principalele caracteristici ale
stării de sănătate ale solului:
indicatori,
structura,
Table 1 - Indicators of the soil quality / Indicatori ai calităŃii solului
Relationship with the main characteristics of the soil status
health / RelaŃia cu principalele caracteristici ale stării de
sănătate ale solului
Fertilization of the soil, structure, erosion, retention of nutrients
Organic mater from the soil / Materia organică din sol
/ Fertilitatea solului, structura, eroziunea, reŃinerea de nutrienŃi
Physical: structure of the soil, capacity of infiltration of Retention and transportation of the soil and the nutrients; compaction
the water, capacity of durable maintenance of the degree, porosity, hob of the plough, depth at which can be
water, apparent density / Fizici: structura solului, plough / ReŃinerea şi transportul apei şi nutrienŃilor; gradul de
capacitatea de infiltrare a apei, capacitatea de păstrare compactare, porozitatea, talpa plugului, profunzimea la care poate
durabilă a apei, densitatea aparentă
fi arat
Available level of fertility, degrees regarding the requirements of the
Chemical: pH, electrical conductance, supply with main cultures regarding the reaction of the soil, threshold of
nutrient elements / Chimici: pH, conductibilitatea biological and chemical activity / Nivelul de fertilitate disponibil,
electrică, aprovizionarea cu elemente nutritive
praguri cu referire la cerinŃele principalelor culturi privind reacŃia
solului, praguri de activitate biologică şi chimică
Measuring the microbiological activities, productivity of the soil and
Biological: High degree of ensuring with N, the degree
the degree of satisfaction with N / Măsurarea activităŃii
of the soil / Biologici: PotenŃial mare de asigurare cu N,
microbiologice, productivitatea solului şi potenŃialul de satisfacere
fradul de afânare a solului
cu N.
)
* Processing according to Larson and Pierce, 1994 and Seybold 1994 / Prelucrare după Larson and Pierce, 1994 şi Seybold 1994
Indicator / Indicator
29
Vol. 28, No.2 /2009
MATERIAL AND METHOD
The paper was realised having as departure point the map
of soils from the South of Oltenia, processed with the aid of SIG. .
The drought is a natural phenomenon that in the past
affected periodically the S-W and S-E of Romania, being able to
mention the period of severe drought: 1894-1905; 1942-1945;
and the most recent 1981-2001. The South area of district Dolj is
not an exception regarding these drought phenomena.
Though its geographical position it is situated under the
influence of an excessive natural ground with annual average
temperatures that are high enough, average annual precipitation of
400-500 mm and the value of the small aridity index is considered
to be one of the most predisposed areas at the process of soil
degradation due to drought phenomenon of drought - aridity – desert.
The process of degradation of the soil, due to this phenomenon
is defined as the actual or potential loss of productivity or the
utility of the soil of the natural and atrophic factors.
The main processes that can aid the development of
the phenomenon of degradation – desert can be identified in:
biological degradation through the loss of
organic substance;
physical degradation due to structure
The degradation of the soil through the reduction of
the content of organic substance has as main factors that
can be identified: excessive use of the agricultural works or
of others measures agro-techniques, accelerated erosion
of the soil, due to long periods of activity of the wind in this
area, excessive and inadequate application of chemical
fertilisers, herbicides and insecticides.
The massive content of organic matter can be associated
with the intensive usage of the tillage, of leaving the uncultivated
field during summer time, burning the stubble filed, etc.
The influence of the texture on the processed of soil
degradation is presented through at least 2 reasons:
the size and the modalities of disposure of the soil particles
that at vulnerable at the action of the wind and water;
the modification of the potential of retention of the
water, making possible surface drainages.
The main factors that are responsible for the degradation
of the sandy soils from the South of Oltenia, can be considered:
the uncontrolled and excessive tillage;
using on a large scale of the breeding cultures that
involve a high degree of mechanization of the
culture technology;
aeolian deflation;
soil contamination by excessive usage of the
chemical fertilizers.
In the same time, the soil represents the main source of
herbs in the cultures, due to the reserve of herbs seeds from the
soil, reserve that can be used for the realization of the green
areas, of protection of the cultures through Aeolian deflation, by
application of some specific technologies in that area and leaving
some unprocessed surfaces in which high herbs will be
developed up to the blossom period, when will be destroyed.
The determination of the total reserve of seeds of grass
in the soil on the layer of 0-10 cm, was realized taking into
account the application of the basic works of the soil in the
classical system and in the minimal system of works. The
results obtained after the determination realized show that the
reserve of seeds of grass from the soil is influenced by the
system of applied works.
MATERIAL ŞI METODĂ
Lucrarea s-a elaborat având ca punct de plecare
harta solurilor din Sudul Olteniei prelucrată cu ajutorul SIG.
Seceta este un fenomen natural care în trecut a
afectat periodic S-V şi S-E României, putând enumera
perioadă de secetă severă: 1894-1905; 1942-1945; şi cea
mai recentă 1981-2001. Zona de S a judeŃului Dolj nu face
excepŃie în ceea ce priveşte aceste fenomene de secetă.
Prin poziŃia ei geografică se află sub influenŃa unui
continentalism excesiv cu temperaturi medii anuale destul
de mari, precipitaŃii medii anuale 400-500 mm iar valoarea
indicelui de ariditate mică este considerată una din cele
mai predispuse arii la procesele de degradare a solului
datorate fenomenelor de secetă-aridizare-deşertificare.
Procesul de degradare a solului datorat acestui fenomen
este definit ca pierderea actuală sau potenŃială a productivităŃii
sau a utilităŃii solului a factorilor naturali şi antropici.
Principalele procese care pot favoriza dezvoltarea
fenomenului de degradare-deşertificare pot fi identificate în:
degradarea biologică prin pierderea de materie
organică;
degradarea fizică datorată structurii;
Degradarea solului prin reducerea conŃinutului de
materie organică are ca principali factori ce pot fi
identificaŃi: folosirea excesivă a lucrărilor agricole sau a
altor măsuri de agrotehnică, eroziunea accelerată a solului
datorată lungii perioade de activitate a vântului în această
zonă, aplicarea excesivă şi neadecvată a îngrăşămintelor
chimice, erbicidelor şi insecticidelor.
Declinul masiv al conŃinutului de materie organică poate fi
asociat cu folosirea intensivă a arăturii, a lăsării terenului
necultivat în perioada de vară, arderea miriştilor, etc.
InfluenŃa texturii asupra proceselor de degradare a
solului este reliefată prin cel puŃin 2 motive:
mărimea şi modul de dispunere a particulelor de
sol fulnerabile la acŃinea vântului şi a apei;
modificarea potenŃialului de reŃinere a apei făcând
posibile scurgerile de suprafaŃă.
Principalii factori responsabili pentru degradarea solurilor
nisipoase din Sudul Olteniei pot fi consideraŃi:
arătura necontrolată şi în exces;
folosirea pe scară largă a culturilor prăşitoare ce
implică un grad mare de mecanizare a tehnologiei
de cultură;
deflaŃia eoliană;
contaminarea solului prin folosirea excesivă a
îngrăşămintelor chimice.
În acelaşi timp solul reprezintă sursa principală de
îmburuienare a culturilor datorită rezervei de seminŃe de
buruieni din sol, rezervă care poate fi folosită pentru
realizarea zonelor verzi de protejarea culturilor de deflaŃia
eoliană prin aplicarea unor tehnologii specifice pentru zona
respectivă şi lăsarea unor suprafeŃe neprelucrate în care
buruienile de talie înaltă să se dezvolte până la perioada
de înflorire când vor fi distruse.
Determinarea rezervei totale de seminŃe de buruieni
din sol pe stratul de 0-10 cm, s-a făcut Ńinând cont de
aplicarea lucrărilor de bază ale solului în sistemul clasic şi în
sistemul minim de lucrări. Rezultatele obŃinute în urma
determinării efectuate arată că rezerva de seminŃe de
buruieni a solului este influenŃată de sistema de lucrări aplicate.
Fig. 1 - Aspects on the sandy soils (ploughing in autumn) on the south zone in Jud. Dolj /
Aspectul unui sol nisipos (arat toamna) în sudul judeŃului Dolj
Fig. 2 - The distortion of sandy soils under the tractors wheel action /
Deformarea solului nisipos sub acŃiunea roŃilor tractorului
30
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 3 - The affectation of strawberry crop, in winter because of the wind and frosty / Fig. 4 - The effect on use mulciului in the folio and the wind on the sandy soils/
Afectarea culturii de căpşuni iarna, datorită vântului şi îngheŃului
Efectul vântului asupra utilizării mulciului în folie pe solurile nisipoase
Fig. 5 - Rests of folio on the surface of pouching soil /
Resturile de folie pe suprafaŃa solului vânturat
Fig. 7 - Aspects of vegetation, on the spring, on the soil pouching in autumn /
Aspecte ale vegetaŃiei în primăvară, asupra solului vânturat în toamnă
Fig. 6 - The action of spring wind on the sandy soils /
AcŃiunea vântului de primăvară asupra solurilor nisipoase
Fig. 8 - Foundation of protection bands trip, in the autumn, with sowing /
Fundamentarea benzilor de protecŃie, in toamnă, cu însămânŃarea
CONCLUSIONS
1. Work of improvement and preservation of the soils
must be advisable realised.
2. It is imposed that a part of these fields, with reduced
fertility capacity be passed in the forester filed and to
facilitate the foundation of protection curtains.
3. From the agro technical point of view, grasses that will
be developed on these soils can be used the foundation of
green areas for the protection of the cultures.
4. The results of the researches offer a support the
possibility of promotion of new - village technology,
with an efficient management.
CONCLUZII
1. Lucrările de ameliorare şi conservare a solurilor
trebuie judicios efectuate.
2. Se impune ca o parte din aceste terenuri, cu
capacitate de fertilitate redusă să poată fi trecute în
domeniul silvic şi să se faciliteze înfiinŃarea de perdele
de protecŃie.
3. Din punct de vedere agrotehnic buruienile care se
dezvoltă pe aceste soluri pot fi folosite pentru
înfiinŃarea zonelor verzi de protecŃie a culturilor.
4. Rezultatele cercetărilor susŃin posibilitatea promovării
tehnologiei nou-tillage, cu un management eficient
REFERENCES / REFERINłE
1. Oprean. A. – Hydraulic driving. Driving hydraulic elements,
Publishing House, Bucharest, 1972.
2. Popescu, S. and others – Driving and automatics,
Publishing House, Bucharest. 1972.
3. Radu Mărdărescu şi colab – Motoare pentru automobile
şi tractoare Ed. Did. şi Ped. Bucureşti 1968
4. Saracin I. – Energetic base for agriculture, Publishing
House Europa, 1999.
31
Vol. 28, No.2 /2009
INFLUENCE OF THE EMPLOYED NON IRIGATED SYSTEM AND OF THE APPLIED
FERTILITERS ON THE PRODUCTION OF CROP FRAINS AT THE START HYBRID, IN 2007
/
INFLUENTA TEHNOL OGIEI UTILIZATE (SISTEM NEIRIGAT) SI A INGRASAMINTELOR
APLICATE ASUPRA PRODUCTIEI DE PORUMB BOABE LA HIBRIDUL START –ANUL 2007
Prof. I.SARACIN*, Dr. OLIMPIA PANDIA*, Prof. M n.GHEORGHE**, Conf. F.GHEORGHE***
Summary:
The used technology, non-irrigated system and
chemical fertilizers for this sort of hybrid, leads to a
significant increase of the production when N120P100
doses were applied, having in view the use of the most
productive hybrids, because the irrigating system is
missing, the hybrids which give the best production.
Regarding the existing correlations between the crop
technology and the applied fertilizer doses on the Start
hybrid, we observed that they have an ascendant tendency and
the correlation coefficients are static guaranteed. Indifferent
of briefing system used establish the quantity of nutrients
based on nitrogen and phosphor and those administration
way must be definite from the base of tests soil.
Soil erosion is an important factor of natural duration.
For ensuring the control of erosion and nitrogen and
phosphor damages we can use many practices and in the
same time increasing the infiltrations in soil function of the
type soil and the depth of the critical tissue.
Rezumat:
Tehnologia utilizata, respectiv sistemul neirigat si
aplicarea ingrasamintelor chimice la acest hibrid sub difeite
doze, duce la o crestere semnificativa a productiei prin
aplicarea dozelor de N 120P100, urmarindu-se folosirea
hibrizilor cat mai productivi, in cazul lipsei sistemului de
irigare, hibrizi care dau productiile cele mai bune.
In ceea ce priveste corelatiile existente intre tehnologia
de cultura si dozele de ingrasaminte aplicate asupra productiei
de porumb la hibridul Start, au o tendinta ascendenta, iar
coeficientii de corelatie sunt asigurati statistic. Indiferent de
sistemul de informare utilizat pentru stabilirea cantităŃii de
nutrienŃi pe bază de azot şi fosfor şi de calea de administrare,
aceasta trebuie să se bazeze pe testele de sol.
Eroziunea solului este un factor natural de durată.
Pentru a asigura controlul eroziunii şi daunele azotului şi
fosforului, putem utiliza mai multe practici şi în acelaşi timp
creşte infiltraŃiile în funcŃie de tipul de sol şi de profunzimea
stratului critic.
Keywords: non-irrigated system, hybrid, crop technology,
correlation coefficients
Cuvintele cheie: sistem neirigat, hibrid, tehnologie de
cultură, coeficienŃi de corelaŃie
MATERIAL AND METHOD
The experiment took place on a cambric chernozem, at
Sarbatoarea, Dolj County, a non-irrigated system was
used, and different doses of phosphorus and azoth
fertilizers were applied on a wheat crop in order to observe
the production, to forward-looking more efficient hybrids for
this area which owns no irrigation system.
Factor A: using N60P40, N8OP60, N100P40, N80P40, and N120P100
Factor B: using a non-irrigated system
Factor C: Start sowed plant
ExperienŃa a fost amplasată pe un sol cernoziom la
Sărbătoarea, judeŃul Dolj, în sistem neirigat, sub aplicarea
diferitelor doze de îngrăşăminte cu azot şi fosfor, după o
cultură de grâu, pentru urmărirea producŃiei obŃinută, în
vederea folosirii de hibrizi mai eficienŃi pentru această zonă
care nu are sistem de irigare, la număr de 50.000 plante/ha.
Factorul A: utilizarea N60P40, N80P60, N100P40, N80P40, N120P100
Factorul B: folosirea sistemului neirigat;
Factorul C: Planta cultivată: porumb Orizont.
RESULTS AND DEBATES
Year 2007 may be characterized, from the climatic
point of view, as a year which had two different parts, the
first half , January-June (when the hydro provisioning was
showing a deficit), followed by a second half that had
precipitation excess. This fact led to satisfactory productions.
The used technology, non-irrigated system and
chemical fertilizing this hybrid is represented in table 1,
towards the control variant, N0P0, where the beans
production was of 5,821kg/ha, the production increased by
23.3% when applying N120P100.
The following productions were also significant: 6.520
kg/ha when administering N80P60, and 6.870 kg/ha when
administering N100P80. In the last case, the relative
production surpasses the control by 18%.
REZULTATE ŞI DISCUłII
Anul 2007 poate fi caracterizat din punct de vedere
climatic ca un an cu două părŃi distincte: prima jumătate,
ianuarie – iunie (cu aprovizionare hidrică deficitară), urmată
de o a doua jumătate cu exces de precipitaŃii. Acest fapt a
condus la obŃinerea unor producŃii satisfăcătoare.
Tehnologia utilizată, respectiv sistemul neirigat şi
aplicarea îngrăşămintelor chimice la acest hibrid este
reprezentată în tabelul 1, faŃă de varianta martor, respectiv
N0P0, unde producŃia boabe a fost de 5821 kg/ha,
producŃia a crescut cu 23,3% la aplicarea de N120P100.
Semnificative au fost şi producŃiile de 6520 ka/ha,
respectiv la administrarea N80P60, şi 6870 kg/ha, atunci
când s-a administrat N100P80. În acest ultim caz, producŃia
relativă depăşind martorul cu 18%.
Table 1 - Influence of the employed non irrigated system and of the applied fertilizers on the production of crop farinas at the Start hybrid, in 2007 /
InfluenŃa tehnologiei utilizate (sistem neirigat) şi a îngrăşămintelor aplicate asupra producŃiei de porumb boabe la hibridul Start, anul 2007
Control /
Varianta
N0P0
N60P40
N80P60
N100P80
N120P100
Absolute production within nonirrigated system (kg/ha) / ProducŃia
absolută la neirigat (kg/ha)
5821
6142
6520
6870
7180
Relative production /
ProducŃia relativă
(%)
control
105,5
112,0
118,0
123,3
Difference towards the
control /
DiferenŃa faŃă de martor
321
699
1049
1359
Signif. /
Semnif.
control
*
**
***
32
Vol. 28, No.2 /2009
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
5821
N0P0
6142
6520
N80P60
6870
7180
N120P100
neirigat
Fig. 1 - Doses and fertilizers Start hybrid, in 2007 /
Doze de îngrăşăminte aplicate în anul 2007 la hibridul Start
Fig. 2 - Correlation of the technologies employed non irrigated system of the nitrogen and phosphorus doses of the crop grains
production hybrid Start, in 2007 / CorelaŃia dintre tehnologia utilizată (sistem neirigat) şi dozele de îngrăşăminte aplicate asupra
producŃiei de porumb boabe la hibridul Start, anul 2007
Regarding the existing correlations between the used technology
and the applied fertilizer doses on the corn production of the
Start hybrid, polynomial regressions are noticed, within the
non-irrigated system they had an increasing tendency and
the correlation coefficients are static guaranteed.
Thus, because the irrigation system is missing in this
area, the production is still significant in the case of bean
production, thanks to the soils property of retaining the
precipitations, thanks to using Start hybrid which has a
great accommodation power in this area and helping the
hybrid grow by using azoth and phosphorous fertilizers.
Towards the control, we start from a 5.821 kg-ha
production and we administer different doses of NP until
we reach to a difference of 1.359 kg-ha towards the control
when using a N120P100 dose.
În ceea ce priveşte corelaŃiile existente între tehnologia
utilizată şi dozele de îngrăşăminte aplicate asupra
producŃiei de porumb la hibridul Start, se observă regresiile
polinomiale, în sistem neirigat au o tendinŃă ascendentă,
iar coeficienŃii de corelaŃie sunt asiguraŃi statistic.
Astfel, datorită lipsei sistemului de irigare în această
zonă, producŃiile sunt totuşi semnificative la producŃia boabe,
datorită proprietăŃii solului de a reŃine precipitaŃiile, folosirii
hibridului Orizont, care are o mare putere de adaptare la
această zonă şi ajutarea hibridului atât la creştere cât şi la
producŃie prin folosirea de îngrăşăminte cu azot şi fosfor.
FaŃă de martor se pleacă de la o producŃie de 5821
kg/ha şi prin administrarea diferitelor doze de NP, se
ajunge la o diferenŃă faŃă de martor de 1359 kr/ha, la
folosirea dozei de N120P100.
Fig. 3 - The crop hybrid Start in three steady of vegetation non irrigated system / Hibridul de porumb Start în stadiul trei de vegetaŃie în sistem neirigat
33
Vol. 28, No.2 /2009
CONCLUSIONS
1. The combined influence between the hybrid and the crop
culture (administering adequate doses of fertilizer)
determines maximum production when fertilizing rationally
and using the fertilizers which are indicated on the hybrid
and the soil where the application took place.
2. Good results may be obtained in the case of corn beans
production if doses of N120P100 fertilizer are applied, or, for
economy, N100P80.
3. If the possibility of irrigation exists, this hybrid gives very
good productions; it resists well in drought conditions and on
cambric chernozem, if treated with an adequate insecticide
and guaranteed seed, the results are also very good.
4. 2007 was a favorable year for maize production, and this
is noticeable from the mathematical point of view by static
secured correlations.
5. The combined influence of the system of culture, nonirrigated as well as the applied dosage of fertilizers
determined noticeable quantitative differences in the case of
all qualitative features of Start hybrid.
6. The studied varieties, Start, cultivated in 2007, acted
differently from the technology of culture point of view, he
values of production being in favor of Start hybrid.
CONCLUZII
1. InfluenŃa combinată dintre hibrid şi tehnologia de cultură
(administrarea dozelor corespunzătoare de îngrăşăminte)
determină obŃinerea de producŃii maxime la aplicarea de
îngrăşăminte raŃionale şi indicate pe hibridul şi solul pe
care s-a făcut aplicaŃia.
2. Se pot obŃine rezultate bune la producŃia de porumb boabe,
dacă se aplică doze de îngrăşăminte N120P100, dar pentru
economicitate se poate folosii N100P80.
3. Dacă există posibilitatea irigării, acest hibrid poate da
producŃii foarte bune, se comportă bine la secetă şi pe
solul cernoziom, folosind sămânŃă certificată şi tratată cu
un insecticid corespunzător, rezultatele sunt foarte bune.
4. 2007 a fost un an favorabil producŃiei de porumb, iar
acest lucru se observa din punct de vedere matematic prin
corelaŃiile statice securizate
5. InfluenŃa combinată a sistemului de cultură, neirigare, precum
şi a dozelor de îngrăşăminte aplicate a determinat diferenŃe
cantitative vizibile în cazul tuturor caracteristicilor calitative
ale hibridului Start
6. Hibridul Start studiat, cultivat în 2007, s-a comportat
diferit din punct de vedere al tehnologiei culturii, valorile de
producŃie fiind în favoarea lui.
BIBLIOGRAPHY / BIBLIOGRAFIE
[1]. DAVIDESCU D. and contributors, 1976, Nitrogen in
Agriculture, Academy’s Publishing House.
[2]. HERA C., 1972, The influence of fertilizers upon
certain maize hybrids sowed on different types of soils in
Romania. An. ICCPT, Fundulea XXXVII.
[3]. PANDIA OLIMPIA. Fertilizer doses, different methods
applied for establishing the quality of two hybrids Danubiu and
Minerva. Scientific research I.N.M.A.T.E.H.I. Bucharest, 2006.
[4]. SARACIN I. – Energetic base for agriculture,
Ppublishing House Universitaria, 2005.
34
Vol. 28, No.2 /2009
RESEARCH REGARDING THE POSIBILITY TO USE DETECTION TECHNIQUES FOR THE
HARVESTING PROCESS
/
CERCETĂRI PRIVIND UTILIZAREA TEHNICILOR DE DETECłIE ÎN MONITORIZAREA
PROCESULUI DE RECOLTARE A CEREALELOR
Drd. Ing. Simu Ioan, Prof. Dr. Ing. Filip Nicolae
Technical University of Cluj-Napoca
Abstract: The paper present the methodology and the
experimental results carried out in laboratory conditions for
the analog and digital laser and ultrasonic sensors work
process evaluation in the harvesting field. The tests was
carried out in Technical University of Cluj-Napoca
laboratory and consist in a complete investigation and
methodology description of the particularly conditions for
each Banner programmable sensor used. The results
show the ability of the real time measurements output in
order to manage tested equipment (cleaning systems, the
level of the used of the cereal tank). Some applications of
the tested sensors where proposed as a concluding
remarks of the research carried out.
Rezumat: În lucrare se prezintă metodologia şi rezultatele
încercărilor de laborator dezvoltate pentru evaluarea
posibilităŃii de utilizare a senzorilor analog şi digital de tip
laser la monitorizarea operaŃiilor specifice procesului de
recoltare. Testele s-au derulat în laboratorul UniversităŃii
Tehnice din Cluj-Napoca fiind stabilite atât metodologia de
investigare cât şi condiŃiile specifice de operare cu senzorii
programabili de tip Banner. Rezultatele obŃinute
demonstrează capacitatea transferului în timp real a
mărimilor înregistrate pentru monitorizarea echipamentelor
testate (sistemul de curăŃire, gradul de ocupare a volumelor
de depozitare-transfer). În urma cercetării derulate se
propun câteva aplicaŃii punctuale pentru senzorii testaŃi.
Keywords: sensor, detection, real time, cereal tank
Cuvinte cheie: sezor, detecŃie, timp real, rezervor cereale
1. The precision farming role nowadays
The concept of precision farming became an
attractive idea to manage natural resources and to make a
modern sustain of agricultural development based on
information technology, bringing agriculture in the digital
and information world. The basic principle isn’t new, it was
called”intensive and precise crop” by the Chinese people
and it was long considered the vanguard of Chinese
conventional agriculture.
It is well-known the fact that the yield is influenced by
the characteristics and type of soil, humidity, temperature,
work process, nutrients, liquid nutrients and pesticides.
The variation in time and space of these factors determine
the variation of obtained yield.
In order to obtain a long-lasting and highly developed
agriculture it is needed through the cropping technology to
be assured an optimized input according to the soil
characteristic and plants needs. For optimizing it could be
used the data about the soil and crop from previous years
(the data bank) or data brought up during work – in real
time.
The most used, efficient and précised data for
optimizing agricultural work are those obtained in real time.
The acquisition, process and interpreting these data, in
real time, take an advanced and instrument, meaning
additional costs which increase the farmers or the working
organization’s spending, meaning that the production
costs rise.
The technological forward in IT domain, sensors was
made possible the using of positioning systems in
agriculture (GPS - Global Positioning System - USA;
Global Navigation Satellite System - Rusia) meaning their
using in agricultural works like meaning the waving flow of
nutrients, liquid nutrients and pesticides as plants specific
and then require.
The need of variable distribution of inputs after the
soil and plants requirements on one side and the
technique facility existing lead to the new revolutionary
concept called “precision agriculture”. A short definition of
precision agriculture can be made like the making of
variable, controlled inputs, in agricol works in accordance
with the culture requests of a located surface.
Precision farming represents a new step in
developing a long-lasting agriculture and resides of using
1. Rolul agriculturii de precizie in contextul actual
Conceptul de agricultură de precizie a devenit o idee
atractivă pentru a gestiona resursele naturale şi a realiza o
susŃinere modernă a dezvoltării agriculturii bazată pe
tehnologia informaŃiei, aducând agricultura în lumea
digitală şi a informaŃiei. Principiul de bază nu este unul
nou, el a fost numit “cultivare intensivă şi meticuloasă” de
către poporul chinez şi a fost privită mult timp ca fiind
avangarda agriculturii convenŃionale chineze.
Este binecunoscut faptul că producŃiile agricole sunt
influenŃate printre altele de caracteristicile şi tipul solului,
umiditate, temperatură, tehnologia de lucru, îngrăşăminte,
erbicide, pesticide etc. VariaŃia în timp şi spaŃiu a acestor
factori determina variaŃia producŃiei obŃinute.
Pentru a realiza o agricultura performantă şi durabilă
se impune ca prin tehnologia de cultivare să se asigure o
optimizare a input-urilor funcŃie de caracteristicile solului şi
nevoile plantelor. Pentru optimizare se pot folosi datele
despre teren şi cultură obŃinute din anii precedenŃi (banca
de date stocate) sau date culese în timpul efectuării lucrării
- în timip real.
Cele mai utile, eficiente şi precise date pentru
optimizarea lucrărilor agricole sunt cele obŃinute în timp
real. AchiziŃia, prelucrarea şi interpretarea acestor date, în
timp real, presupune o instrumentaŃie şi tehnologie
avansate, respectiv costuri suplimentare care sporesc
cheltuielile fermierului sau organizaŃiei ce executa lucrările,
respectiv cresc costurile de producŃie.
Avansul tehnologic în domeniul tehnologiei informaŃiei (IT),
senzorilor etc. a facut posibilă utilizarea sistemelor de poziŃionare
în agricultură (GPS - Global Positioning System - USA; Global
Navigation Satellite System - Rusia) respectiv aplicarea acestora
la lucrări agricole cum ar fi administrarea cu debit variabil a
îngrăşămintelor, erbicidelor, pesticidelor şi apei de irigaŃie, în
funcŃie de necesitaŃile momentane şi specifice ale plantelor.
Necesitatea distribuirii variabile a input-urilor după cerinŃele
reale ale solului şi plantelor, pe de o parte şi facilităŃile tehnice
existente au condus la apariŃia unui nou concept revoluŃionar
numit "agricultura de precizie". O scurtă definiŃie a agriculturii de
precizie poate fi enunŃată astfel: realizarea unor input-uri variabile
- controlate, în cadrul lucrărilor agricole în concordanŃa cu
cerinŃele de cultura ale unei suprafeŃe de teren bine localizate.
Agricultura de precizie - reprezintă o noua etapă în
dezvoltarea unei agriculturi durabile şi constă, în esenŃă, în
35
Vol. 28, No.2 /2009
technology to assure in best conditions the satisfying the
agro technique requests imposed and a high efficiency of
the agricultural process.
The concept of precision farming includes:
•
more precise works and better adjustments,
improvement of monitoring and control mechanism.
•
the distribution of nutrients according to variable
requests of soil and nutrients, available water and
rising plants
•
he control of sikness and herbs located on the field;
•
the automatic acquisition of information and
information management along with well structured
data, a geographic information system (GIS) decision
models, an expert system of knowledge in integrated
system
connected
through
standardized
communication.
Precision farming is a set of concepts which may
have different connections of interdependence with:
•
different types of soil with different climate conditions
•
different systems of agricole works management
•
different mechanized solutions.
utilizarea unor tehnologii care să asigure în cele mai bune
condiŃii (satisfacerea) îndeplinirea cerinŃelor agrotehnice
impuse şi eficienŃa ridicata a procesului agricol.
Conceptul de agricultură de precizie include:
•
lucrări mult mai precise prin reglaje mai bune,
îmbunătăŃirea monitorizării şi a mecanismelor de control;
•
distribuirea îngrăşămintelor în corelaŃie cu cerinŃele
variabile ale parcelelor de sol, nutrienŃi, apa
disponibilă şi creşterea plantelor;
•
controlul bolilor şi buruienilor pe baza localizării acestora în teren;
•
achiziŃia automată a informaŃiilor şi managementul
informaŃiilor împreuna cu o bună structurare a datelor,
un sistem geografic de informare (GIS), modele de
decizie, un sistem expert de cunostinŃe în sistem
integrat conectat prin legaturi de comunicare
standardizate.
Agricultura de precizie este un set de concepte care
pot avea diferite legături (relaŃii) de interdependenŃă cu:
•
diferite tipuri de sol cu diferite condiŃii de clima;
•
diferite sisteme de management a lucrărilor agricole;
•
diferite soluŃii de mecanizare.
2. Detection techniques
Distance detection – Teledetection supposes data
information acquisition of certain components of
environment investigated through detecting and measuring
radiation, affixes and associate fields with localized objects
in the sensors neighborhood.
The detection is made in such way that the device
doesn’t contact directly with the environment, that’s way
there must be used certain methods of transfer of information
through space, for example the electromagnetic radiation.
The use of searing effect permits gaining the answer
on real time and through a consecutive acquisition, the
edification of profiles viewing the distance and the target.
By scanning, one can cover a hemisphere in sufficient time
for the temporal evolution of atmospheric phenomena to
be continuously tracked. This way, one practically obtains
the image of monitored parameters.
Open-path (integral) – unlike the traditional methods,
the methods that use “open-path technology” exclude taking
evidences and let investigation from distance and in real
time of the environment. The technology consists of having
the measures made directly in the investigated
environment in a relevant distance (hundreds of meters)
the signal being integrated in that certain accumulation.
The punctual detection - the technique of the
punctual detection is based on the contact between the
sensor and the investigated environment, contact which
determines the measurable variation of some physical or
chemical characteristics of the sensor. In heterogeneous
environment such as air or water, affected by oscillations,
the punctual detection, which follows clearly these
oscillations, may produce wrong results, if the amount of
measures is not enough for the average to be static relevant.
Reckless of the application domain, the use of computers
requires a number format for the processed information.
The artificial view follows this rule and works with
digital images. In order to obtain the digital view you need
two elements: the sensor and the converter.
The sensor is a physical element which perceives an
electromagnetic radiance in a certain wave band
(ultraviolet, infrared, x rays).
The exit of the sensor is an electric measure, generally
a tension, commensurate with the energy of the electromagnetic
radiation received by the sensor. Dependent on the
application, the frequency band and his sensor are different.
The converter is an electronic device which receives
the electricity provided by the sensor and transforms it in a
digital format.
2. Tehnici de detecŃie
DetecŃia la distanŃă - TeledetecŃia presupune
achiziŃia de date şi informaŃii de către anumite componente
ale madiului investigat prin detectarea şi masurarea
radiaŃiei, particulelor şi câmpurilor asociate cu obiecte
localizate in vecinatatea senzorului.
DetecŃia se face fara ca aparatul sa intre in contact
direct cu mediul, de aceea trebuie folosite anumite metode
de transfer al informaŃiei prin spaŃiu, de exemplu radiaŃia
electromagnetica.
Utilizarea radiaŃiei luminoase permite obŃinerea
raspunsului in timp real si printr-o achiziŃie succesivă a
semnalului, ridicarea de profile funcŃie de distanŃa până la
Ńintă. Prin scanare se poate acoperi o emisferă într-un timp
suficient de scurt pentru ca evoluŃia temporală a fenomenelor
atmosferice sa poata fi surprinsă continuu. În acest mod,
se obŃine practic imaginea parametrilor monitorizaŃi.
Open-path (integrala) - Spre deosebire de metodele
tradiŃionale, metodele ce folosesc tehnologia open-path
exclud prelevarea de probe, şi permit investigarea de la
distanŃa şi în timp real a mediului. Tehnica constă în
efectuarea măsurătorii direct in mediul investigat, pe o
distanŃa relevantă (sute de metri), semnalul fiind integrat
pe volumul respectiv.
DetecŃie punctuală - Tehnica detecŃiei punctuale se
bazeaza pe contactul dintre senzor şi mediul investigat,
contact care determina variaŃia măsurabilă a unor
caracteristici fizice sau chimice ale senzorului. În medii
neomogene precum aerul sau apa, afectate de fluctuaŃii,
detecŃia punctuală, care urmăreşte fidel aceste fluctuaŃii,
poate produce rezultate eronate daca numarul de
măsurători nu este suficient de mare pentru ca media
acestora să fie relevantă static.
Indiferent de domeniul de aplicaŃie, utilizarea calculatoarelor
impune un format numeric pentru informaŃia prelucrată.
Vederea artificială respectă această regulă şi lucrează
cu imagini numerice. Pentru a obŃine imaginea numerică
este nevoie de două elemente: senzorul şi convertorul.
Senzorul este un element fizic care percepe o
radiaŃie electromagnetică într-o anumită bandă de
frecvenŃă (ultraviolete, infraroşu, vizibilă, raze X ).
Ieşirea senzorului este o mărime electrică, în general
o tensiune, proporŃională cu energia radiaŃiei electromagnetice
primită de senzor. În funcŃie de aplicaŃie, banda de
frecvenŃă şi senzorul aferent sunt diferite.
Convertorul este un dispozitiv electronic care primeşte
mărimea electrică furnizată de senzor şi o transformă întrun format numeric.
36
Vol. 28, No.2 /2009
3. Assessing the detection capacity of the laser sensor
For this work it is needed a sensor, the interface or
the converter and a laptop fig. 1).
Presenting the stand with testing sensors and
equipments used in tests.
One of the best sensors for this work proved to be
the laser sensor Banner L-Gage LT3.(fig. 2).
Technical characteristics:
•
Range: 0, 5-30 meters
•
Energy supply: 12-30V
•
Way of work: analog and digital
•
Answer time: 1 ms at 450 Hz
•
Diffused: 0,3-3 meters
For the energy supply of the sensor and of the interface
was used the source of direct current MATRIX MP5 (fig.3).
For viewing the tests results it was used the LabView
program which displays the tension variation in time,
function of different values of the material volume in tank
(fig. 4).
There were made measures for six loading levels in
the tank the highest being two from four agent values of
3
3
0,133m relative 0,136m .
3. Evaluarea capacităŃii de detecŃie a senzorului laser
Pentru desfăşurarea lucrării este nevoie de un senzor, interfaŃa sau
convertorul şi un calculator portabil pentru prelucrarea datelor (fig. 1).
Prezentarea standului de testare-senzori şi echipamente
utilizate la teste.
Unul dintre cei mai buni senzori pentru această lucrare
s-a dovedit a fii senzorul laser Banner L-Gage LT3 (fig. 2).
Caracteristici tehnice:
•
Rază de acŃiune 0,5-30 metri
•
Alimentare: 12-30 V
•
Mod de lucru: analog şi digital
•
Timp răspuns: 1 ms la 450 Hz
•
Mod difuz: 0,3-3 metri
Pentru alimentarea senzorului şi a interfeŃei, s-a utilizat
sursa de curent continuu MATRIX MP5 (fig. 3).
Pentru vizualizarea rezultatelor testelor, s-a folosit
programul LabView, care afişează variaŃia tensiunii dată
de senzor în unitatea de timp, funcŃie de diferite valori ale
volumului materialului din buncăr (fig. 4).
S-au făcut măsurători pentru şase nivele de
încărcare a buncărului, cele de mai sus fiind două din cele
3
3
patru valori intermediare de 0,133m respectiv 0,136m .
4. Detecting the volume loading degree for storing
transfer the corny products
In the figure 5, there is represented the stamping
diagram of the detected distance according to the tension
received by the sensor.
Using the linear regression it was determined the relation
between this and the signal sent by the sensor to the
computer.
Whereas the variable parameters from the relation of
tank volume determination it represents the tank filling, the
equation of volume will be:
4. Detectarea gradului de umplere a volumului de
depozitare-transfer produse cerealiere
În figura 5 este reprezentată diagrama de etalonare
a distanŃei detectate, funcŃie de tensiunea receptată de
senzor.
Folosind regresia liniară, s-a determinat corelaŃia
între aceasta şi semnalul transmis de senzor la calculator.
Întrucât parametrii variabili din relaŃia de determinare
a volumului îl reprezintă gradul de umplere hi (cota
detectată de senzor), ecuaŃia de determinare a volumului
va fi:
b ⋅ (A + B ⋅ ui ) ⋅ L
2 ⋅ 1000
where: u i = tenssion [mV ]
Vi =
So, it is easy to assess the value of the bunker at anytime.
In the table 1 are represented the values of the
determined signal and the volume from the tank measured
and calculated and the medium error of these.
The average error was calculated with the formula:
u i . med =
1 n
⋅ ∑ u i, j
n j =1
Vi =
b ⋅ (A + B ⋅ u i )⋅ L
2 ⋅ 1000
unde: u i = tensiunea [mV ]
Astfel se poate determina în orice moment volumul
materialului din buncăr.
În tabelul 1 se reprezintă valorile semnalului şi a volumului
măsurate şi calculate şi eroarea medie a acestora.
Erorile medii estimate s-au calculat cu formula:
u i . med =
1 n
⋅ ∑ u i, j
n j =1
CONCLUSIONS
The precision agriculture represents a challenge for
all specialists in this domain. A huge variety of sensors
projected with different technical parameters wrap around
few applications from the process of harvest.
The tested equipment assures a control in real time
and the possibility of changing in real time the agric device
parameters.
Other applications of the sensor in the precision
agriculture would be highlighted in future in accordance
with farm’s demands.
CONCLUZII
Agricultura de precizie reprezintă o provocare pentru
toŃi specialiştii în acest domeniu. O mare varietate de
senzori proiectaŃi cu parametrii tehnici diferiŃi acoperă
câteva aplicaŃii din procesul de recoltare.
Echipamentul testat asigură un control în timp real
si posibilitatea de modificare în timp real a parametrilor
maşinii agricole.
Alte aplicaŃii ale senzorilor privind utilizarea acestora
în agricultura de precizie vor fi dezvoltate în viitor în
conformitate cu cerinŃele fermierilor.
REFERENCES
1.Filip, N., Masini Agricole de Recoltat. Editura Todesco,
Cluj – Napoca, 2003.
2.Neculăiasa, V., Dănilă, I. Masini agricole de recoltat
cereale şi furaje. Editura „Gh. Asachi”, Iaşi, 2002.
3.Banner Industrial Sensors. Catalogu of products and
aplications, 2008.
4.Turck Industrial Automotion. Catalogue of products and
technical documentation, 2006.
5.http://inoe.inoe.ro/LAST/LAST_Suport_teoretic_rom.html
BIBLIOGRAFIE
1.Filip, N., Masini Agricole de Recoltat. Editura Todesco,
Cluj – Napoca, 2003.
2.Neculăiasa, V., Dănilă, I. Masini agricole de recoltat
cereale şi furaje. Editura „Gh. Asachi”, Iaşi, 2002.
3.Banner Industrial Sensors. Catalog de produse şi
aplicaŃii, 2008.
4.Turck Industrial Automotion. Catalog de produse şi
documentaŃie tehnică, 2006.
5.http://inoe.inoe.ro/LAST/LAST_Suport_teoretic_rom.html
37
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 1 - Stand and equipment used in the tests / Standul şi echipamentul folosit la teste
I - bunker grain / buncar boabe; II - test equipment / echipamentul testat
Fig. 2 - Senzor laser / Laser Sensor
1) button command / taste comandă; 2) transmitted light receiver /
undă transmisă-receptată; 3) cable connection / cablu de conexiune
Fig. 3
1) Power supply / Sursa de alimentare; 2) Cablu serial RS / Serial cable RS
3) Designed serial interface / InterfaŃa serial proiectată, 4) Cord / Cablu alimentare
Fig. 4 - Different voltages transmitted by the sensor depending on the volume of bunker material /
Diferite valori ale tensiunii transmise de senzor funcŃie de volumul materialului din buncăr
Fig. 5 - Calibration chart / Diagrama de etalonare
38
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 6 - The graph of the volume change according to the received signal / Graficul variaŃiei volumului funcŃie de semnalul primit
Table 1 / Tabelul 1
Material values of bunker [m3] and transmitted voltage sensor [mV] measured and calculated /
3
Valorile materialului din buncăr [m ] şi tensiunea transmisă de senzor[mV] măsurate şi calculate
No
ui
ui
Vi
Vi
determination measured calculated measured calculated
/ Nr. det.
/ măsurat
/ calculat
/ măsurat
/ calculat
1
0
0
0
0
2
68
65,45
0,057
0,057
3
93
93,5
0,079
0,078
4
120
121,55
0,103
0,102
5
143
140,25
0,125
0,129
6
187
187
0,160
0,161
The estimated average errors / Erorile medii estimate: Eui =1,5%
EVi=1,2%
39
Vol. 28, No.2 /2009
SELECTION AND SUBSTANTIATION OF WORKING PRINCIPLE, COMPOSITION AND
ORGANIZATION OF COMPUTER SYSTEM FOR DATA TRANSMISSION IN REAL TIME AND
IN RECORDS
/
SELECłIA ŞI FUNDAMENTAREA PRINCIPIUL DE FUNCłIONARE, COMPOZIłIA ŞI
ORGANIZAREA SISTEMUL DE TRANSMITERE A DATELOR ÎN TIMP REAL ŞI ÎN
ÎNREGISTRĂRI
Assoc. prof. PhD Angel Sotirov Smrikarov – University of Rousse, Bulgaria
Mag. Eng. Stefan Dimitrov Batanov – University of Rousse, Bulgaria
Assoc. prof. PhD Nedka Ivanova Stancheva – University of Rousse, Bulgaria
Abstract: Selection is made and working principle of
computer system for control of energy effectiveness of
mobile machines is substantiated on the base of
preliminary accomplished analysis. The block – scheme
is elaborated and linear diagram of organization of the
work and data transmission in real time from mobile
objects is presented. The system is a vision for elaborating
of basis variant of computer system for control of energy
effectiveness according to fuel consumption giving data
for work in real time and in records.
Rezumat. Se selectează principiul de lucru al sistemului
(computerului) pentru controlul energiei efective la
maşinile mobile, care este fundamentat pe baza analizei
preliminare realizate. Schema bloc şi diagrama liniară de
organizare a muncii este elaborată, precum şi
transmiterea datelor în timp real, de la echipamentele
mobile. Sistemul este o viziune pentru elaborarea
variantei de bază a sistemului informatic de control al
eficienŃei energetice, funcŃie de consumul de combustibil,
dând datele de lucru în timp real şi în înregistrări.
Key words: computer system, energy effectiveness, fuel
consumption.
Cuvinte cheie: sistem informatic, eficienŃa energetică,
consumul de combustibil.
1. INTRODUTION
In [3,4,5] the computer systems for control of the energy
effectiveness of mobile machines with engines with internal
combustion, which are put into practice, are shown. From them
we can see that the problems with the energy effectiveness
and particularly with the fuel consumption become more and
more topical. The earthly petroleum reserve is limited and
the fuel consumption is going to increase so the price of the
fuel is going to increase during the following years.
In this aspect it can be supposed that the interest in
the control of the fuel consumption will be increasing
because of the confrontation of the fuel expenses with the
ones of other activities [1,2,6,9]. Such tendencies have
emerged for the last 20 years when the possibility for
indirect measurement of the fuel consumption appeared
[7,8]. This method is based on measuring the time when
the nozzles, which inject fuel in the modern engines, are
opened. But it has a number of disadvantages, the main of
which is connected with the accuracy of measuring. This
method do not allow a valuation of some element and the
technical condition of the system to be made because it is
influenced by a number of indirect indexes on which it is
based on. During the last 5-10 years we drew our attention
to the direct methods for the measurement of the fuel that
is consumed by the engine. The main problems of this
method are connected with the sensor and especially with
its price, reliability, resources and accuracy. At this stage
different systems which are based on different sensors
for fuel consumption are demanded and offered.
Two general groups of systems based on the
measuring of the fuel consumption are known. In the first
group the fuel level in the feed-tank is read and this
makes the system with limited potential develop and be
used effectively. In the second group a sensor for fuel
consumption is used. It gives the opportunity the hour fuel
consumption, which is basic for many derivative
quantities allowing us to develop the number of indexes
for valuation of the energy effectiveness, to be registered.
If accurate information about the consumed fuel by the
engine for a period between 4-5 and 200-250 seconds is
available, it is possible for us to receive information about
the hour fuel consumption, the consumption in liters per
1. INTRODUCERE
În [3,4,5] a sistemelor de control a eficienŃei
energetice de mobil maşini cu motoare cu ardere internă,
care sunt puse în practică, sunt afişate. De la ei se poate
vedea că problemele cu eficienŃa energetică şi, în special,
cu consumul de combustibil devenit tot mai de actualitate.
Pământească rezerve de petrol este limitată şi de
consumul de combustibil este de gând să crească, astfel
încât preŃul de combustibil va creşte în următorii ani.
În acest aspect se poate presupune că, în interes de
control al consumului de combustibil va fi în creştere, din
cauza confruntării de combustibil cheltuielile cu cele ale
altor activităŃi [1,2,6,9]. Aceste tendinŃe au apărut în ultimii
20 de ani, în cazul în care posibilitatea de a indirecte de
măsurare a consumului de combustibil au apărut [7,8].
Această metodă se bazează pe măsurare momentul
duzele, care injecta combustibil în motoare moderne, sunt
deschise. Dar ea are o serie de dezavantaje, în principal,
din care este conectat cu precizie de măsurare. Această
metodă nu permit o evaluare a unor elemente şi de starea
tehnică a sistemului trebuie să se facă, pentru că este
influenŃată de o serie de indici indirecte pe care se
bazează pe. În ultimii 5-10 ani am atras atenŃia în mod
direct la metodele de măsurare a combustibilului, care
este consumat de către motor. Problemele principale ale
acestei metode sunt legate de senzor şi, în special, cu
preŃ, fiabilitate, a resurselor şi de precizie. În această
etapă sisteme diferite, care se bazează pe diferite senzori
pentru consumul de combustibil sunt cerute şi oferite.
Două grupuri de general, pe baza sistemelor de
măsurare a consumului de combustibil sunt cunoscute. În
primul grup de combustibil la nivel de feed-tanc este citit şi de
a face acest sistem cu potenŃial limitat să dezvolte şi să fie
utilizate în mod eficient. În cel de-al doilea grup de un senzor
pentru consumul de combustibil este folosit. Acesta oferă
posibilitatea de oră a consumului de combustibil, care este de
bază pentru multe derivate cantităŃile ne permite să se dezvolte
în număr de indici de evaluare a eficienŃei energetice, pentru a
fi înregistrate. Dacă informaŃii exacte despre consumate de
combustibil de motor, pentru o perioadă între 4-5 şi 200-250
secunde este disponibil, este posibil pentru noi, pentru a primi
informaŃii despre oră a consumului de carburant, consumul
40
Vol. 28, No.2 /2009
100 km traveled distance, definite work volume and so
on. If this information is presented in an appropriate way,
the effectiveness from the usage and the control of the
processes according to the needs and criteria for
effectiveness can be shown [6,10].
Also, the development of the computer and
communication technologies helps the possibility and the
need of the usage of sensors for direct measurement of
the fuel consumption. The computer and information
technologies became reliable, cheap and small which
allows its usage for control and management on different
schemes in the time. The software developed on this
basis also shows a lot of opportunities. At this stage it has
never been based on enough accurate and effective
primary information. We mean that many times graphic
and tabular data for analysis and valuation only on the
base of the measurement of the fuel level in the feed tank
are offered.
Another important moment in the work organization
of the system is the information transmission from the
mobile electronic block to the user. Four general
schemes of the system are possible.
The first of them supposes the usage of information
mainly in the mobile object. This supposes the driver to
be the general client/user of this information. In this case
only a small part of the potential possibilities of the
received information.
The second scheme supposes the information
memorization and its periodical transmission and usage
in hospital conditions by specialists and other users. In
this case the driver remains isolated from the information
and its unused possibilities.
The
third
scheme
supposes
information
transmission in current time and its usage in hospital
conditions. The advantage of this work scheme is that it
allows partial analysis in current time and fully data usage
with a view to the universal information in terms of the
client and in terms of its application. The disadvantage of
the scheme is that the driver does not gain access to the
data in the current time.
The fourth scheme gives us the opportunity for
simultaneous usage of the data from the driver and in
hospital conditions from the specialists when uniting the
advantages of the previous three schemes.
A general conclusion from the made analysis is
connected with that the computer system for control of
the energy effectiveness should be based on the
measurement of the transitory fuel consumption. This will
allow a work regime of the system with enough accuracy
in real time and from saves data to be developed. The
first thing that is needed in order the specialists to
respond in any moment and measures to be adopted for
the control within the framework of a short period from the
moment of the event ( for example from 15 seconds to 5
minutes). The second thing that should be done is the
needed training and showing the final results in volume,
form and visualization, which satisfies the necessities of
the specialists and allowing a quick valuation and
effective usage of the machines, to be made.
In [3,4] model schemes of ideas for the usage of the
systems for control of the energy effectiveness in real
time by using a mobile net are shown.
Block schemes, which do not give a correct idea of
the principle and organization of work, are shown.
So a choice should be done and the principle of
work of the computer system for control of the energy
effectiveness of mobile machines should be based. Also
a block scheme should be developed and the structure
and the system parameters have to be based and a linear
diagram of the work organization and the data registration
în litri pe 100 km distanta de mers, definit volumul de muncă
şi aşa mai departe. Dacă aceste informaŃii sunt prezentate
într-un mod adecvat, eficacitatea de utilizare şi de control a
proceselor în funcŃie de nevoile şi de criteriile de eficienŃă
poate fi demonstrat [6,10].
De asemenea, dezvoltarea de calculator şi tehnologii
de comunicare ajută posibilitatea şi necesitatea de
utilizare a senzori pentru măsurarea directă a consumului
de carburant. De calculator şi tehnologiile de informare a
devenit fiabile, ieftine şi mici, care permite utilizarea
acesteia de control şi de gestionare cu privire la diferite
scheme în timp. Software-ul dezvoltat pe această bază,
arată de asemenea o mulŃime de oportunităŃi. În această
etapă, nu a fost niciodată pe baza destul de precisă şi
eficace primare de informaŃii. Vă spun că de multe ori în
formă de tabele şi grafice de date, de analiză şi evaluare
numai pe bază de măsurare a nivelului de carburant din
rezervor de alimentare sunt oferite.
Un alt moment important în activitatea de organizare
a sistemului de transmitere de informaŃii de la mobil
electronice bloc pentru utilizator. Patru scheme generale
ale sistemului sunt posibile.
Primul dintre ele presupune utilizarea de informaŃii în
principal în telefonie mobilă obiect. Acest lucru presupune
conducător auto pentru a fi în general client / utilizator a
acestei informaŃii. În acest caz, numai o mică parte din
potenŃialul de posibilităŃile de a primit informaŃii.
Cel de-al doilea sistem presupune memorizarea şi
informaŃiile sale periodice de transport şi de utilizare în
condiŃii de spital de către specialişti şi a altor utilizatori. În
acest caz, şoferul rămâne izolate de informaŃii şi de
posibilităŃile sale de nefolosit.
Cel de-al treilea sistem presupune transmiterea de
informaŃii în momentul actual şi de utilizare în condiŃii de
spital. Avantajul acestui sistem de lucru este că ea
permite analiza parŃială în curent timp şi complet de date
de utilizare, cu scopul de a universal informaŃii din punct
de vedere al clientului şi din punct de vedere al aplicării
sale. Dezavantajul sistemului este că şoferul nu avea
acces la date în timp curent.
Cea de-a patra schemă ne oferă posibilitatea de
utilizare simultană a datelor de la şofer şi în condiŃii de
spital de la specialişti, atunci când unesc avantajele
ultimii trei regimuri.
O concluzie generală de analiză făcută cu care este
conectat la sistemul de control al eficienŃei energetice ar trebui
să se bazeze pe de măsurare a consumului de combustibil
tranzitorii. Acest lucru va permite un regim de lucru a
sistemului cu suficient de precizie în timp real şi de a salva
datele care urmează să fie dezvoltate. Primul lucru care
este necesar pentru a specialiştilor să răspundă în orice
moment şi măsurile care trebuie adoptate pentru a controla,
în cadrul unei perioade scurte de timp din momentul in care
a evenimentului (de exemplu, de la 15 de secunde pentru a
5 minute). Cel de-al doilea lucru pe care ar trebui să se facă
este nevoie de formare şi afişarea rezultatelor finale, în
volum, forma şi vizualizare, care satisface necesităŃile de
specialişti şi care să permită o evaluare rapidă şi eficientă
de utilizare a maşinilor, care urmează să fie efectuate.
În [3,4] model scheme de idei pentru folosirea
sistemelor de control a eficienŃei energetice în timp real,
prin utilizarea unui mobil net sunt afişate.
Bloc de sisteme, care nu oferă o idee corectă a
principiului şi organizarea muncii, sunt prezentate.
Deci, o alegere ar trebui să se facă şi principiul de lucru
al computerului de sistem de control al energiei eficienŃa
serviciilor de telefonie mobilă, maşini ar trebui să se bazeze.
De asemenea, un bloc de sistem ar trebui să fie dezvoltate şi
a structurii şi a parametrilor de sistem trebuie să se bazeze şi
o diagramă liniară de la locul de muncă şi de organizare a
41
Vol. 28, No.2 /2009
from the sensors should be shown. This must help us see
the system as a whole and we have to get an idea of
making a basic variant of a computer system for control
of the energy effectiveness on fuel consumption. This
computer system should give work data in real time and
also with saved data.
If we imagine that the elaboration of a system for
control of the energy effectiveness goes through some
stages and it is perpetually developing and perfecting, we
set us the task of developing a basic variant, which
should be functionally good and to be applied in the
scientific and applied practice.
In its capacity of a basic variant there has been
accepted one with the following characteristics: - the
computer system should work on the basis of a sensor for
direct measurement of the fuel consumption and
information, which is processed at different stages from
its receiving form the sensors. Besides the fuel
consumption, primary information about the traveled
distance, velocity and rotation frequency should be
received. On this basis we can receive considerable
derivative information about and we can use it to valuate
the effectiveness of usage and control of the machine on
many and different criteria for optimum. Conditions for
additional information about the right usage and control of
the machine to be created, it is necessary the metric
working- regime object to be positioned. Data for the
rotation frequency can be received from standard
sensors, which had been assembled in most of the
machines. The traveled distance can be received from
the sensor of the machine or from the positioning system.
The velocity can be received as a derivative from the
distance and the time. Here the possibilities for the usage
of the used system for positioning should be read
because positioning systems work with more than 6-7
km/h.
Reporting on the things said in fig. 1, a structural block
scheme with the same work organization as this of the
computer system for control of the energy effectiveness of
mobile machines is shown. The system is based on a
measurement of the consumption given by the sensor for
direct measurement of the fuel consumption by the engine.
datelor de la senzori de înregistrare ar trebui să fie afişate.
Acest lucru trebuie să ne ajuta sa vedem sistemul în
ansamblu şi avem pentru a obŃine o idee de a face o varianta
de bază a unui sistem de control al eficienŃei energetice privind
consumul de combustibil. Acest sistem ar trebui să dea de
lucru de date în timp real şi, de asemenea, cu datele salvate.
Dacă ne imaginăm că elaborarea unui sistem de
control al eficienŃei energetice trece prin câteva etape şi
este în curs de dezvoltare şi perfecŃionarea perpetuu, am
stabilit noi sarcina de a dezvolta o varianta de bază, care
ar trebui să fie funcŃional şi de bună pentru a fi aplicate în
ştiinŃifică practică şi aplicate.
În calitate de o variantă de bază nu a fost
acceptată o cu următoarele caracteristici: - computer de
sistem ar trebui să funcŃioneze pe baza unui senzor
pentru măsurarea directă a consumului de combustibil şi
a informaŃiilor, care este prelucrat la diferite etape de la
primirea de la senzori. In afara de consumul de
combustibil, primar de informaŃii cu privire la distanta de
mers, viteza de rotaŃie şi de frecvenŃă trebuie să fie
primite. Pe această bază putem primi informaŃii despre
considerabil derivat şi putem să-l utilizaŃi pentru a
evalueze eficacitatea de utilizare şi de control de la
maşină şi de pe mai multe criterii diferite pentru optim.
CondiŃii pentru informaŃii suplimentare referitoare la
dreptul de utilizare şi de control din maşină pentru a fi
create, este necesar de lucru metrice-regim obiect să fie
poziŃionate. Date de rotaŃie de frecvenŃă pot fi primite de
la senzori standard, care au fost asamblate in cea mai
mare parte a utilajelor. A călătorit la distanŃă poate fi
primit de la senzorul de maşină sau de la sistemul de
poziŃionare. Viteza poate fi primit ca un derivat de la
distanŃă şi de timp. Aici, de posibilităŃile de utilizare a
folosit sistemul de poziŃionare trebuie să fie citit, pentru
că sistemele de poziŃionare funcŃionează cu mai mult de
6-7 km / h.
Raportarea cu privire la lucruri spus în fig. 1, un
sistem structurale bloc cu acelaşi lucru ca organizaŃie de
acest sistem de control al energiei eficienŃa serviciilor de
telefonie mobilă, maşini este afişată. Sistemul se bazează
pe o măsurare a consumului de date de senzor pentru
măsurarea directă a consumului de combustibil de motor.
2. INVESTIGATED OBJECT AND SENSORS
Original sensors are assembled in the investigated
objects, and some signals from them can be used for
some of the registered quantities. They can be the
traveled distance S, the velocity V, the rotation frequency
n and so on, in dependency on the will of the user and
the cause of the developed system.
Other sensors, which are needed to be reached the
purpose for control of the energy effectiveness can be
additionally assembled. At this stage a basic sensor,
which can be assembled in the machine, is the sensor for
fuel consumption G.
The information about the position of the machine
MO (x, y, z) is received from the companion positioning
system, which sends signals about the coordinates of the
machine (x, y, z). On the basis of the co-ordinates of the
machine, the distance between two points can be defined,
so the traveled distance S for this period T can be also
defined. If the period between two points is registered, the
velocity can be calculated. The value of the velocity can be
confronted with the information about the velocity received
from other sensors.
2. OBIECTUL INVESTIGAT ŞI SENZORI
Original senzori sunt asamblate în investigat obiecte,
precum şi unele semnale de la acestea pot fi folosite
pentru o parte din cantităŃile înregistrate. Acestea pot fi de
călătorit distanŃă S, viteza V, frecvenŃa de rotaŃie n şi aşa
mai departe, în dependenŃă de voinŃa de a utilizatorului şi
de a provoca dezvoltat sistem.
Alte senzori, care sunt necesare pentru a fi atins
scopul pentru control al eficienŃei energetice pot fi
asamblate în plus. La acest stadiu, un senzor de bază,
care pot fi asamblate în maşină, este senzorul pentru
consumul de combustibil G.
InformaŃiile cu privire la poziŃia de maşină MO (x, y, z)
este primit de la companie de poziŃionare de sistem, care
trimite semnale cu privire la coordonatele de maşini (x, y,
z). Pe baza coordonatelor din maşină, distanŃa dintre două
puncte pot fi definite, astfel încât distanŃa parcursă S
pentru această perioadă T poate fi definită, de asemenea.
Dacă în perioada cuprinsă între două puncte este
înregistrată, viteza poate fi calculată. Valoarea de viteza
poate fi confruntat cu informaŃii despre viteza primite de la
alŃi senzori.
3. MOBILE COMPUTER BLOCK
The whole information from the sensors of the
3. BLOCUL COMPUTER MOBIL
În ansamblu de informaŃii de la senzorii de la maşină şi a
42
Vol. 28, No.2 /2009
machine and the ones, which are additionally assembled,
is transmitted to a mobile computer electronic block. This
block sorts and processes the information after definite
methods, which depends on the aim of the elaboration. In
principle a primary processing of the data should be
made. The aim of this is information that can be used by
the driver of the mobile machine to optimize elements of
the machine control during the work time, to be received.
Such information can be about the transitory hour fuel
consumption Gh, about the fuel consumption in liters per
100 km traveled distance Ql/100, information about the
need of preventive diagnostics and so on.
The basic data and the corresponding information
should be saved for a definite period of time. In this way
its security can be guaranteed and the information can be
reconstructed when we need it. In principle this information
can be saved related to the time for each impulse of the
flow- meter.
celor, care sunt asamblate în plus, este transmis la un
computer mobil electronice bloc. Acest bloc felul de informaŃii
şi procesele de după metode de definit, care depinde de
scopul de a elaborarea. În principiu, un primar de prelucrare a
datelor ar trebui să fie făcute. Scopul este de a prezenta
informaŃii care pot fi utilizate de către conducătorul auto al
maşinii de telefonie mobilă pentru a optimiza elemente ale
maşinii de control în timpul lucrărilor de timp, pentru a fi primit.
Aceste informaŃii pot fi tranzitorii oră cu privire la consumul de
combustibil Gh, cu privire la consumul de carburant în litri pe
100 km distanta de mers Ql/100, informaŃii cu privire la
necesitatea de diagnosticare preventivă şi aşa mai departe.
De bază de date corespunzătoare, precum şi
informaŃii ar trebui să fie salvate pentru o perioadă de timp
definit. În acest fel, ei pot fi garantate de securitate şi de
informaŃii poate fi reconstruit, atunci când am nevoie de
ea. În principiu, aceste informaŃii pot fi salvate legate de
timp pentru fiecare impuls de debitmetru.
4. SYSTEM FOR GROUND COMMUNICATION
The basic packet of information as a data packet for each
impulse of the flow- meter received at the exit by the
mobile computer system should be sent in the next period
of time between two impulses of the flow-meter. It is sent
to the system for data basing in the server and to the
client’s personal computer by the communication system.
4. SISTEM DE COMUNICARE GROUND
Pachetul de informaŃii de bază ca pachet de date pentru
fiecare impuls primit de la debitmetru la ieşirea din sistemul
mobil al calculatorului ar trebui să fie trimis în următoarea
perioadă de timp între două impulsuri ale debitmetrului. El
este trimis la sistemul de baza de date în server şi către
calculatorul personal al clientului, prin sistemul de comunicare.
5. BASIC SERVER
The information in the server should be processed and
arranged as a data base that can be used for receiving
information from the saved data. It also should be
periodically transferred in the client’s personal computer
some times per the chosen day.
5. SERVER DE BAZĂ
InformaŃiile din server trebuie să fie prelucrate şi amenajat
ca o bază de date care pot fi folosite pentru primirea de
informaŃii de la datele salvate. De asemenea, ar trebui să
fie transferate în periodic al clientului calculator personal
câteva ori pe zi de ales
6. CLIENT’S PORTABLE PERSONAL COMPUTER
The hospital computer, which is a personal
computer of the client, is a general source of information
for the user. Its work organization such as data, methods,
theoretical models and programs should allow receiving
universal information within the framework of user’s
demands.
Reporting on the advantages of the new engineering,
technologies and theoretical formulation in the sphere of
energy effectiveness, systems of methods, models and programs,
which can satisfy the users and help for the realization of
the national politics in given spheres, should be developed.
In this aspect the system for data processing
besides work in real time and with saved data should
offer: system on purpose (for example for drivers and
specialists), system using the results (it should be not
only classic but also developed as a system of many
functions- for preventive diagnostics, specific regimes
and typical data). At this stage it is very important for the
system to be developed also as an intelligent, assisting,
facilitating and expediting the analysis and decision
making by the driver and the specialists system. The
purpose of this is the effectiveness from using MO to be
increased. This supposes the usage of international
disciplined teams that can reach the top achievements in
a definite scientific field.
6. CALCULATORUL PERSONAL PORTABIL AL CLIENTULUI
Spitalul calculator, care este un calculator personal al
clientului, este o sursa de informaŃii generale pentru
utilizator. Său de lucru, cum ar fi organizarea de date,
metode, modele teoretice şi programe universal ar trebui
să permită primirea de informaŃii în cadrul cererilor de
utilizator.
Raportarea cu privire la avantajele de la noi, inginerie,
tehnologii şi formularea teoretică în domeniul eficienŃei
energetice, a sistemelor de metode, modele şi programe,
care pot îndeplini şi de a ajuta utilizatorii de realizare a
politicii naŃionale în sferele dat, ar trebui să se dezvolte.
În acest aspect sistemul de prelucrare a datelor, în
afară de locul de muncă în timp real şi cu datele salvate ar
trebui să ofere: sistem de scop (de exemplu, pentru
conducătorii auto şi specialişti), sistem prin utilizarea
rezultatelor (ar trebui să fie nu numai clasice, dar de
asemenea, sa dezvoltat ca un sistem de multe funcŃiipreventive pentru diagnostic, specifice şi regimurile tipice
de date). La această etapă este foarte important pentru ca
sistemul să fie dezvoltat de asemenea, ca un inteligent,
asistente, facilitarea şi rapide de analiză şi de luare a
deciziilor de către conducătorul auto şi specialişti în
sistem. Scopul acestei este eficienŃa de la folosirea MO
pentru a fi crescut. Acest lucru presupune utilizarea de
echipe internaŃionale de disciplinat, care poate ajunge la
partea de sus realizări ştiinŃifice definit într-un domeniu.
43
Vol. 28, No.2 /2009
Mobile object of investigation (MO) Sensors in MO for: n, S, V, U, t etc. / Senzori în MO pentru: N, S, V, U, T, etc
-transport
Additional sensors for: G, n, S, V, α, etc. / Suplimentarea senzorilor pentru: : G, n, S, V,
-agricultural
-road-building
α, etc
and other machines /
A system for primary and derivative quantities and for ground co-ordinates of the MO
Obiectul mobil de investigaŃie (x,y,z), traveled distance S, velocity V / Un sistem pentru cantitati derivate si primare si
(MO)
pentru coordonatele MO(x,y,z), distanta parcursa S, viteza V
-transport
-agricol
A mobile electronic system (controller): electrical block, methods, theoretical models, programs /
-constructii de drumuri
Un sistem electronic de telefonie mobilă (controler):panou electric, metode, modele teoretice, programe
şi alte maşini
Communication system for
data delivering / Sistem de
comunicatii pentru transfer
de date
A system for data basing
and saving /
Un sistem pentru arhivare
si salvare
A system for data
processing- methods,
models, programs /
Un sistem de prelucrare a
datelor-metode, modele,
programe
A system on
purpose of the
results /
Un sistem cu privire
la scopul
rezultatelor
Ground (mobile) network- mobile operator /
Retea terestra (mobila)-operator de telefonie mobilă
Internet connection / Conectare la Internet
Central server for data basing and saving /
Server central pentru arhivare si salvare
Personal computer for data basing and saving /
Computer personal pentru arhivare si salvare
A system for work in real time: / Un sistem de muncă, în
-data base
timp real: Gh=f(T); n=f(T); V=(T); MO=f(x,y,T); etc.
-program products / -bază de date
-program de produse A system for work with saved data / Un sistem de lucru
cu datele salvate S; QΣ: Ql/100; Qh; T; n; MO(x,y); etc.
A passive system intended for drivers: methods, models, programs /
Un sistem pasiv destinat conducătorilor auto: metode, modele, programe
An active system intended for experts: methods, models, programs /
Un sistem activ destinat experŃilor: metode, modele, programe
A classic system for control and information- methods, models and programs /
Un sistem clasic de control şi de informare-metode, modele şi programe
A system for using
the results /
Un sistem de
utilizare a
rezultatelor
A system for
showing and
illustrating the
results /
Un sistem pentru
afişarea şi ilustrarea
rezultatelor
A system of many functions for control, information, preventive diagnostics,
optimum work, effective control and etc.- methods, models and programs /
Un sistem cu mai multe funcŃii de control, informare, diagnostic, preventive, lucru
optim, control eficient şi etc - metode, modele şi programe
A classic system with charts and drawings for common information- methods, models
and programs / Un sistem clasic cu diagrame şi desene pentru metode comune de
informaŃii, modele şi programe
An intelligent system reflecting the typical data and regimes in “active” charts,
drawings, colors, light and etc.- methods, theoretical models and programs /
Un sistem inteligent care reflectă tipic date şi în regimuri de diagrame "active",
desene, culori, lumină şi etc - metode, modele teoretice şi programe
Figure 1. Block diagram of the operation principle of a computer system for control of the energy efficiency of mobile machines based
on measuring fuel consumption / Diagrama bloc - principiu de funcŃionare a unui sistem de control al eficienŃei energetice a utilajelor
mobile, pe baza de măsurare a consumului de carburant
44
Vol. 28, No.2 /2009
7. WORK ORGANIZATION IN RELATION TO THE
BASIC SIGNAL FOR FUEL CONSUMPTION
An important moment in the work of the system as a
whole is the organization of its work seeking to register the
initial quantities and to receive information that guarantees
the needed accuracy of the measured and derivative
quantities. In fig.2a model linear diagram of the signals
from the sensors in a function of the time is shown.
On the diagram a model look of the work
organization with signals from 4 sensors is shown.
The first of them is the signal for the fuel
consumption G which is received as impulses ZGn from
the sensor for fuel consumption. On the axis О1 the
period TG between two consecutive impulses from the
sensor are projected.
The main problem is the accurate determination of the
fuel consumption, so this signal is accepted as a basic
one for the other signals. This means that the control
and the registration of the other signals are made in
relation to it.
On the second axis О2 the signals which are
received from the sensor for rotation frequency of the
engine (n) are projected. The frequency of the period
between two impulses of the sensor is the highest so
practically a sufficient number of impulses can be
received. This can guarantee the needed accuracy. The
main parameters of valuation of the registration accuracy
of this signal can be seen in:
-1
n = (ZSΣ1 /Z0 TG) 60, min
(1)
where:
ZSΣ1 is the number of impulses from the sensor for
rotation frequency of the crankshaft of the engine;
Z0 - the number of impulses per a rotation of the
crankshaft;
TG - the period between two consecutive impulses of the
flow-meter.
From (1) we can see that the accuracy, by which the
rotation frequency is registered, depends on ZSΣ1 and TG.
The size of the error can also depends on the number of
impulses Z0 per a rotation of the crankshaft. An error
smaller than 1% to be ensured the parameters of the system
in all work regimes of the engine should be selected so
that more than 100 impulses to be registered in the
period between two consecutive impulses of the flow-meter.
7. LUCRU PRIVIND ORGANIZAREA DE BAZĂ
SEMNAL DE CONSUMUL DE COMBUSTIBIL
Un moment important în activitatea de sistem ca
întreg este de organizare a muncii sale care doresc să se
înscrie iniŃial cantităŃile şi pentru a primi informaŃii că
garanŃiile necesare precizie de măsurat şi derivate
cantităŃi. În fig.2a modelul liniar diagramă de semnale de
la senzori, în funcŃie de timp este afişat.
Pe de diagrama uite un model de organizare a
muncii, cu semnale de la 4 senzori este afişată.
Primul dintre ele este un semnal pentru consumul
de combustibil G, care este primit ca impulsurile ZGn de la
senzorul pentru consumul de combustibil. Pe axa О1
perioada TG între două impulsuri consecutive de la
senzorul sunt proiectate.
Problema principala este determinarea corectă a
consumului de combustibil, asa ca acest semnal este
acceptat ca o bază pentru alte semnale. Aceasta
înseamnă că, de control şi de înregistrare a altor semnale
sunt făcute în legătură cu aceasta.
La cea de-a doua axă О2 de semnale, care sunt
primite de la senzorul de frecvenŃă de rotaŃie a motorului
(n) sunt proiectate. FrecvenŃa în perioada dintre două
impulsuri de senzor este cel mai mare deci, practic, de un
număr suficient de impulsuri pot fi primite. Acest lucru
poate garanta acurateŃea necesară. Principalii parametri
de evaluare, de înregistrare precizie de acest semnal
poate fi văzut in:
-1
(1)
n = (ZSΣ1 / z0 TG) 60, min
unde:
ZSΣ1 în cazul în care este numărul de impulsuri de la
senzorul de rotaŃie de frecvenŃă a arborelui cotit al motorului;
Z0 - numărul de impulsuri pe o rotaŃie a arborelui cotit;
TG - perioada între două impulsuri consecutive de debitmetru.
De la (1) putem vedea că acurateŃea, prin rotaŃie de
frecvenŃă care este înregistrată, depinde de ZSΣ1 şi TG.
Dimensiunea de eroare poate, de asemenea, depinde de
numărul de impulsuri z0 pe o rotaŃie a arborelui cotit. O
eroare mai mică de 1% să se asigure parametrii de
sistem în toate regimurile de lucru al motorului trebuie să
fie selectate astfel încât mai mult de 100 de impulsuri
pentru a fi înregistrate în perioada dintre două impulsuri
de debitmetru.
Figure 2 - Linear diagram of the signals of the sensors in function of the time /
Diagrama liniara de semnale de la senzori, în funcŃie de timp
ZG - impulses registered of the sensors for fuel consumption; Zn - impulses registered of the sensors for rotation frequency; ZS impulses registered of the sensors for traveled route; ZV - signals of the sensors for rate of movement of the machine /
ZG - impulsuri înregistrate de senzori pentru consumul de combustibil; Zn - impulsuri înregistrate de senzori pentru frecvenŃa de rotaŃie;
ZS - impulsuri înregistrate de senzori pentru traseul străbătut; ZV - semnale de la senzori pentru rata de circulaŃie a maşinii
45
Vol. 28, No.2 /2009
On the third axis O3 the impulses of the system
determining the traveled distance are projected. These
signals can be received from the sensor MO or from the
positioning system which sends signals about the coordinates of MO (x,y) per a definite period of time. If we
know the value of these co-ordinates, we can receive the
traveled distance S during the period in which they are
registered. In this case the traveled distance for the
period of time between two impulses of the flow-meter is
calculated on the dependency that is analogous to (1).
An error smaller than 1 % to be received there should be
more than 100 impulses in the period of time TG.
On the next axis O4 the signal for velocity is shown.
This signal can be received from the sensor as a velocity
of MO or as a derivative quantity of the traveled
distance. The accuracy of this information depends on
the information about the traveled distance.
Different basic systems for control of the energy
effectiveness are made according to the schemes and diagrams
which are shown (automobiles, tractors, combines, etc.).
The systems took the first step on their way to the
creation of a modern intelligent computer system for
control of the energy effectiveness of mobile machines.
The common view of the sensor is shown on fig.3a, its
building – on fig.3b and some preliminary data of
measurement regimes in real conditions – fig.3c.
The main problem, which is connected with the
accuracy, reliability and the resources of the sensor of
fuel, was realized during the lest two years in different
machines and the received results show that this principle
can be used for scientific and practical needs. The
sensor is functional and reliable and we can advance to
the development of a variant of many functions. In fig.3
some information about the common look of the sensor,
its building in and some preliminary information about
the registered quantities are shown.
The analysis of the multitude of the received charts
for measurement regimes shows that the picked sensors
primary transducers and the chosen scheme for
registering of signals ensure the needed information with
sufficient accuracy. This gives a reason the work
continues in that direction and its possibilities to wide.
Pe cea de-a treia axa O3 sunt proiectate impulsurile
sistemului ce determina distanta de deplasare. Aceste semnale
pot fi recepŃionate de la senzorul MO sau de la sistemul de
poziŃionare care trimite semnale despre coordonatele MO (x,y)
pentru o perioada determinata de timp. Daca cunoaştem valoarea
acestor coordonate, putem recepŃiona distanta parcursa S in
timpul perioadei in care aceste date sunt înregistrate. In acest caz
distanta de deplasare pentru perioada de timp dintre cele doua
impulsuri ale debitmetrului este calculata pe baza dependentei
care este analoagă cu (1). Pentru ca eroarea de recepŃionare sa
fie mai mica decât 1 % trebuie sa existe cel puŃin 100 impulsuri in
perioada de timp TG.
Pe următoarea axa O4 este prezentat semnalul
pentru viteza. Acest semnal poate fi recepŃionat de la
senzor ca viteza a MO sau ca o derivata cantitativa a
distantei parcurse. Precizia acestei informaŃii depinde de
informaŃia despre distanta parcursa.
Diferite sisteme de baza pentru controlul eficientei
energetice sunt realizate potrivit schemelor si
diagramelor care sunt prezentate (automobile, tractoare,
combine, etc.). Sistemele au făcut primul pas in drumul
lor către crearea sistemului inteligent computerizat
pentru controlul eficientei energetice a echipamentelor
mobile. Prezentarea senzorului este realizata în fig. 3a,
construcŃia sa în fig. 3b si câteva date preliminare ale
regimurilor de măsurare in condiŃii reale - fig. 3c.
Principala problema, care e legata de precizie,
fiabilitate si resursele senzorului de combustibil, a fost
conştientizată in timpul a cel puŃin doi ani la diferite
echipamente si rezultatele recepŃionate arata ca acest
principiu poate fi utilizat pentru nevoi ştiinŃifice si
practice. Senzorul este funcŃional si fiabil si putem trece
la dezvoltarea unei variante cu multe funcŃii. In fig. 3 sunt
prezentate unele informaŃii legate de imaginea
senzorului, construcŃia sa si câteva date preliminare
legate de cantităŃile înregistrate.
Analiza multitudinii de hărŃi recepŃionate pentru
regimurile de măsurare arata ca senzorii aleşi traductoare
primare si schema aleasa pentru înregistrarea
semnalelor asigura informaŃia necesara cu suficienta
precizie. Aceasta da un motiv pentru ca munca sa
continue in acea direcŃie si posibilităŃile sale de a se
dezvolta.
Gh
n
а
b
min −1
(б)
Trerex №2 дата: 19.08.08г.
с
l h
Gh
n
T /h
Figure 3 - A common look of the system and results from real work regimes /
O imagine generală a sistemului si rezultatele obŃinute din regimuri de lucru reale
a) common look of the sensors / imagine generală a senzorilor; b) common look of the building in a mobile machine / imagine generală a construcŃiei pe un
echipament mobil; c) the results from the metric-working regime of mobile objects shown in the drawing / rezultatele din regimul de lucru metric a obiectelor
mobile prezentate in desen
CONCLUSION
1. One shown view of the elaboration of a computer
system for control of the energy effectiveness of the
mobile machines on the fuel consumption is generalized.
2. In the shown view a basic variant of a computer system
for control of the energy effectiveness is elaborated in
the basis of which a diaphragm sensor for fuel
consumption type RTG-2 is used.
3. The received results give us the ground to accept that
the system as a whole is functional, and the sensor that
CONCLUZII
1. Prima imagine prezentată a elaborării sistemului computerizat
pentru controlul eficientei energetice pentru consumul de
combustibil al echipamentelor mobile este generalizat.
2. În figura prezentata este elaborata o varianta de baza
a unui sistem computerizat de control a eficientei
energetice in baza căreia este folosita o diagrama a
senzorului tip RTG-2 pentru consum de combustibil.
3. Rezultatele recepŃionate ne dau temeiul sa acceptam
ca sistemul ca un întreg este funcŃional, si senzorul
46
Vol. 28, No.2 /2009
is used works reliably, has the needed resources and
gives the needed accuracy.
folosit lucrează eficient, are resursele necesare si da
precizia ceruta.
ACKNOWLEDGEMENTS
The researches are carried alt in the framework of
Contract VU-TN-109/ 2005, financially supported by the
Ministry of Education and Science.
MULłUMIRI
Cercetările sunt efectuate în cadrul Contractului VUTN-109 / 2005, susŃinut financiar de către Ministerul
EducaŃiei şi ŞtiinŃei.
LITERATURE / BIBLIOGRAFIE
[1]. Beloev Hr. Theoretical research of the geometric
characteristics of the ground-working, breaking work
body. Agricultural engineering, №6, Sofia, 2007;
[2]. Dimitrov P., Beloev Hr., Technical and technological
decisions for circumscription of the ground congestion of
the workable soil in Bulgaria. Agricultural engineering,
№4, 2-5, Sofia, 2007;
[3]. Smrikarov A., Nikolov N., Batanov S., Stanchev D.,
Analysis of the computer systems for control of the
energy effectiveness of the mobile machines in real time.
NS RU 2008. Ruse.
[4]. Stanchev D., Delikostov T. etc. About the
development of the means and methods of reading the
consumptiom of liquid fuel. ECO Varna, 2004;
[5]. Stanchev D., Automobile and tractor projection.
Volume I. PB of RU. Ruse, 2002;
[6]. Stancheva N., Ivanov E., Stanchev D., Iliev I.,
Trendafilis D., Methods of prognostication the optimum
work regimes of the engine and the gearing box. ECOVarna, TU- TTT, 1996;
[7]. Compov S., Totev T., tanchev D., Smrikarov A., A
possibility for permanent building RGG in engines with
internal combustion. Anniversary scientific conference1992;
[8]. Compov S., Totev T., Stanchev D., Smrikarov A., A
possibility for building a flow-meter for liquid fuel in engines
with internal combustion. ECO-Varna, 1995;
[9]. Dimitrov P., Beloev Hr., Power research on a breaker
and dead-furrower with a hopper for vertical mulching.
Energy efficiency and agricultural engineering Third
conference, Ruse, 2006.
47
Vol. 28, No.2 /2009
HYDROLOGICAL MODELLS FOR THE SOIL EROSION PHENOMEN CAUSED BY THE
WATER ACTION ON THE HILLSLOPE
/
MODELE HIDROLOGICE ÎN DOMENIUL EROZIUNII SOLULUI PRODUSĂ DE APĂ
PE VERSANłI
1)
1)
Math. P. Cârdei , dr. eng. V. Muraru ,
1)
1)
2)
dr. eng. C. Muraru - Ionel , eng. R. Sfiru , V. Herea
1)
INMA Bucharest, Romania
2)
ICDVV Valea Călugărească, Romania
Abstract. This paper presents an analysis of the
hydraulically models of the soil erosion phenomenon,
caused by water action. Together with the hydraulic
models of the soil erosion, also presented a large vision of
these models. The main aspect of sediment flow is the
variable boundary, because the soil slope is modified in
time during the erosion phenomenon. At the same time
the new model must try to obtain the transitive stage of
the soil erosion phenomenon.
Rezumat. Articolul prezintă o analiză a modelelor
hidraulice ale fenomenului de eroziune, cauzate de
acŃiunea apei. Împreună cu modelele hidraulice ale
eroziunii solului este prezentată şi o viziune mai largă a
acestor modele. Principalul aspect al fluxului de sediment
este frontiera variabilă, deoarece forma solului se modifică
în timpul fenomenului de eroziune, De asemenea, noul
model trebuie să obŃină faza tranzitorie a fenomenului de
eroziune.
Key words: soil, erosion, hydraulic, models
Cuvinte cheie: sol, eroziune, hydraulic, modele
INTRODUCTION
The first mathematical models of soil erosion have
been elaborated during the second half of XX century.
These models were based on experimental findings.
First, the soil erosion has been considered as a problem
strictly bound to agricultural engineering, the immediately
discernible effect of fields coming from agriculture
domain, as it is shown in figure (1).
Step by step, in parallel with the development of
these mathematical models designed to predict soil
erosion caused by water, new hydrological models of the
same phenomenon appear. Although, they have been
previously rejected or avoided, they become essential,
taking into account that they practically model the cause
of this soil erosion type. Therefore, the erosion issue
becomes a complex problem of agricultural and hydro
technical engineering, also by integrating the polluting
factors propagating in areas altered by erosion.
As a result of specialists collaboration, the soil
erosion and the hydrology at the same time with the
effluents spreading became issue that are connected to
certain mathematical models based on an impressive
quantity of empirical mathematical (especially in the soil
field) and theoretical relations (most of them in
hydrology, although this domain uses many empirical
relations). One of the models of this type, given in [1] is
the model EOROSEM/MIKE SHE, obtained by joining
EUROSEM (1991) models to MIKE SHE (1995) models.
Another software product using hydrological models for
simulating the erosion effect of rainfalls is LISEM model
(Limburg Soil Erosion Model, [2]). This model simulates
sediments hydrology and transport during a rainfall
within a small catchment basin (10 – 100 ha). The most
important hydrological model of soils erosion is WEPP
model.
This article proposes two solutions, by checking one
of them and, eventually a series of requirements
designed to manufacture a state-of-the art model of soil
erosion, a bases of hydraulics” mathematical models.
INTRODUCERE
Primele modele matematice ale eroziunii solului au
fost elaborate în a doua jumatate a secolului XX. Aceste
modele se bazau pe constatări experimentale. Eroziunea
solului a fost privită mai întâi ca o problemă strictă a
ingineriei agricole, efectul imediat sesizabil al eroziunii
terenurilor venind din domeniul agriculturii, aşa cum se
arată în [1].
Treptat, paralel cu dezvoltarea acestor modele
matematice pentru predicŃia eroziunii solului datorată
acŃiunii apei, apar modele hidrologice ale aceluiaşi
fenomen. Deşi iniŃial respinse, sau evitate, treptat
acestea se impun, ceea ce era normal având în vedere
că acestea modelează practic şi cauza eroziunii solului
de acest tip. Problema eroziunii devine astfel o problemă
complexă, a ingineriei agricole şi hidrotehnice, dar
primeşte noi valenŃe prin integrarea problemei propagarii
poluanŃilor în zonele afectate de eroziune.
Ca rezultat al colaborarii între specialişti în aceste
probleme, eroziunea şi hidrologia, dar şi răspândirea
poluanŃilor, devin probleme cuplate în cadrul unor
modele matematice bazate pe o cantitate impresionantă
de relaŃii matematice empirice (in special în domeniul
solului) şi teoretice (mai mult în hidrologie, deşi şi în
aceasta disciplină se folosesc foarte multe relaŃii
empirice). Unul dintre modelele de acest tip, dat în [1],
este modelul EUROSEM/MIKE SHE, obŃinut prin unirea
modelelor EUROSEM (1991) şi MIKE SHE (1995). Un
alt produs software care foloseşte modele hidrologice
pentru simularea efectelor erozionale ale evenimentelor
pluviale, este modelul LISEM (Limburg Soil Erosion Model,
[2]). Acest model simulează hidrologia şi transportul
sedimentelor în timpul unui eveniment pluvial, într-un mic
bazin de recepŃie (10 – 100 ha). Cel mai important model
hidrologic al eroziunii solurilor este modelul WEPP.
Articolul propune două soluŃii noi, verificarea experimentală
a unei dintre acestea şi, în final, o serie de cerinŃe pentru
construcŃia unui model mai performant al eroziunii solului,
având la bază modelele matematice ale hidraulicii.
PRINCIPAL HYDROLOGICAL MODELS USED AT
SOIL EROSION SIMULATION (MODELING)
We have mentioned soil erosion mathematical
models which use hydrological models WERR,
EUROSEM, LISEM for evaluating the erosion risk, but
we can not cover all this complex subject. Although,
PRINCIPALELE MODELE HIDROLOGICE FOLOSITE IN
MODELAREA EROZIUNII SOLULUI
Am menŃionat principalele modele matematice ale
eroziunii solului, care folosesc pentru evaluarea riscului de
eroziune, modele hidrologice: WEPP, EUROSEM, LISEM,
dar nu avem pretenŃia de acoperire totală a subiectului.
48
Vol. 28, No.2 /2009
these models are, for the time being, representative for
soil erosion field. The main equations are taken over by
the European project SIDASS [4].
An ordinary differential equation simulates the soil
detaching and settlement process on slopes, according
to WEPP [3] model. The equation of sediment continuity
provided by a slope under waters actions, resulting from
a rainfall is given in [3]:
dG
(1)
= D f + Di
dx
where:
- x is the distance measured at slope upper part, in
m (boundary condition, x(0)=0);
-1
-1
- G is the sediment loading, in kg s m ;
- Di is the density of sediment provided by spaces
-1
-2
between streams, kg s m ;
- Df is the density of sediment provided in supporting
-1
-2
areas of streams, kg s m .
In [3] it is mentioned that the density of sediment
provided by areas between streams Di, should be
considered as independent in comparison with x
variable and represents always a positive quantity. The
sediment density per streams, Df is positive in case of
soil displacement and negative in case of settlement
(deposit). For achieving this model, Di, and Df are
calculated on a basis stream area so that G be
considered as a sediment quantity per unit unit of
stream width (linearly density of sediment). After having
finished the calculus, the soil losses will be expressed
as sort losses per field area unit. The model’s formulae
1
are complicated enough, including at least 32
parameters describing the soil and fluid physical
properties. A list with these parameters is given in table
1. The relations between the terms of equation right
member (1) and model parameters which are shown in
table (1) are found in [3] and are not presented in this
article, because of the great number of pages. We only
mention that Df definition includes a double condition
which appear the unknown function of model G.
Another hydrological model is used for simulating
the hydrology on slope, always within WEPP model.
This model is used, except same small differences
expressed in different physical sizes in [2] for the same
problem of simulating the kinematic wave of fluid flow by
using an equation which conserves the relevant moment
and mass. The kinematic wave model is given by the
equation of flowing on a plane, which is the continuity
equation:
∂ h (t , x ) ∂ q (t , x )
+
= ν (t ) ,
∂t
∂x
(2)
and the depth unloading equation:
q = αh
m
,
(3)
where h is the flowing depth (measured in meters), g is
the unloading (discharge) function per plane. Width unit
3
-1 -1
(m m s ), α is the depth –un-loading coefficient, m is
the depth-unloading exponent, and x is the distance from
the plane’s top. If C is Chezy’s coefficient and S is
plane’s slope (in m/m), then the coefficient of depthdischarge is calculated in compliance with the formula:
α =C S ,
(4)
and according to authors [13], m = 1,5. Limit and initial
conditions are:
h( x, 0) = h(t , 0) = 0
(5)
In [2] cinematic wave equation is:
1
Aceste modele sunt însa, pentru această perioadă, reprezentative
în domeniul evaluării eroziunii solului. Principalele ecuaŃii
sunt preluate şi în proiectul european SIDASS, [4].
O ecuaŃie diferenŃială ordinară, modelează procesul
de detaşare şi depozitare a solului pe versanŃi în cadrul
modelului WEPP, [3]. EcuaŃia de continuitate a
sedimentului furnizat de un versant sub acŃiunea apei
unui eveniment pluvial, este dată în [3]:
dG
(1)
= D f + Di
dx
în care:
- x este distanŃa măsurată de la partea superioară a
versantului, în m (condiŃia la frontiera, x(0)=0);
-1
-1
- G este încărcarea cu sedimente, în kg s m ;
- Di este densitatea de sediment furnizat de spaŃiile
-1
-2
dintre şuvoaie, în kg s m ;
- Df este densitatea de sediment furnizat de zonele
-1
-2
suport ale şuvoaielor, în kg s m .
În [3], se precizează că densitatea de sediment
furnizat de zonele dintre şuvoaie, Di, este considerată
independentă de varibila x, şi este întotdeauna o
cantitate pozitivă. Densitatea de sediment pe şuvoaie,
Df, este pozitivă în cazul detaşării şi negativă în cazul
depunerii. Pentru scopurile modelului, Di şi Df sunt
calculate pe o arie de şuvoaie de bază , astfel încât G
este interpretat ca o cantitate sediment pe unitatea de
lăŃime de bază a şuvoiului (densitate liniară de
sediment). După terminarea calculului, pierderea de sol
va fi exprimată în termenii pierderii de sol pe unitatea de
arie a terenului. Formulele modelului sunt destul de
1
complicate, incluzând cel puŃin 32 de parametri care
descriu diverse proprietăŃi fizice ale solului şi fluidului. O
listă a acestor parametri este dată în tabelul 1. RelaŃiile
dintre termenii membrului drept ai ecuaŃiei (1) şi
parametrii modelului, care apar în tabelul (1), se găsesc
în [3], şi nu se dau în acest material datorită numărului
mare de pagini care ar trebui introduse. MenŃionăm doar
ca definiŃia Df include o dublă condiŃie în care apare
funcŃia necunoscută a modelului, G.
Un alt model hidrologic este folosit pentru
simularea hidrologiei versanŃilor tot în cadrul modelului
WEPP, [4]. Acest model este folosit, cu mici diferenŃe,
exprimate prin marimi fizice diferite, in [2], pentru
aceeasi problema a simularii undei cinematice de
curgere a fluidului,folosind o ecuaŃie de conservare care
combină legea de conservare a momentului şi masei.
Modelul undei cinematice este dat prin ecuaŃia curgerii
pe un plan, care este ecuaŃia de continuitate:
∂ h (t , x ) ∂ q (t , x )
+
= ν (t )
∂t
∂x
(2)
şi relaŃia adâncime – descărcare:
q = α hm
(3)
în care h este adâncimea curgerii (măsurată în m), q
este funcŃia descărcare pe unitatea de lăŃime a planului
3
-1 -1
(m m s ), α este coeficientul adăncime –descărcare,
m este exponentul adâncime – descărcare, iar x este
distanŃa de la vârful planului. Dacă C este coeficientul lui
Chezy, iar S este panta planului (în m/m), atunci coeficientul
adâncime-descărcare se calculează după formula:
α =C S
(4)
iar, conform autorilor [13], m =1.5. CodiŃiile la limită şi
iniŃială sunt:
h( x, 0) = h(t , 0) = 0
(5)
In [2], ecuaŃia undei cinematice este:
Unii autori mai introduc inca si alte marimi si coeficienti in calcul.
49
Vol. 28, No.2 /2009
∂Q
∂A
+
= q
∂x
∂t
(6)
3
where: Q is the discharge rate flow, in m /s, A is the wet
2
3
section area, in m , q is the seepage excess, in m /m/s, t
is the time and x is the distance measured from slope
top. Between A şi Q there is the following relation:
A = αQβ
(7)
β

∂Q
∂A
+
= q
∂x
∂t
(6)
3
în care : Q este debitul de descărcare, în m /s, A este
2
aria secŃiunii udate, în m , q este surplusul de infiltraŃie,
3
în m /m/s, t este timpul, iar x este distanŃa de la vârful
versantului. Între A şi Q există relaŃia:
A = αQβ
(7)
β
2

n
(8)
p3 
 S

where β = 0.6, p is the wet perimeter in m, n is the
roughness coefficient, S is the sine of slope inclining
angle.
2

n
(8)
p3 
 S

în care β = 0.6, p este perimetrul udat, în m, n este
coeficientul de rugozitate, S este sinusul unghiului de
inclinare al versantului.
SOLUTIONS OF EQUATION OF HYDROLOGICAL MODELS
Each of mathematical models of hydrological
phenomena describing soil erosion on slopes gives
different solving methods for the differential equations on
which the model is founded. We can easily notice that
the models described above are all unlinear, which
reflects on other complex aspect of soil erosion on slope,
under water’s action.
In [3], the equation [1] is normalized before being
solved. The slope is divided in small areas, where soil
properties are considered as homogenous, therefore
remaining a few elements depending on x variable. The
solution is given as an analytical form by segments. For
more details, one can consult [3]. This solution is useful
within WEPP program, because it does not solve the
differential equation by different numerical methods that
can be sensible to variations of values belonging to
some model’s parameters. Only for testing the model,
we have tried to simulate an experiment of artificial
erosion – by means of IMERE installation, [6], [7] in April
2008 (fig. 1). We consider a slope fragment of 6 m width
and 14 m length. Where the inclining gradient is
approximately steady 7,1% we have solved equation (1)
by using one of Mathcad program routine. Eventually, the
difficulty was not to solve the problem, but to choose the
value of same model parameters. The principal result, as
we have obtained it is shown in fig. 2 as graphical
representation of variation of sediment changing function
along the slope. The diagram of this solution shows that
after a little part of 1 m, the following process becomes
steady, the average value being closely reached
0.0001209 kg/(m s). Now, the soil quantity submitted to
erosion by the rain flow is calculated according to
formula:
L
(9)
A =T ⋅
G ( x)dx
SOLUłII LA ECUAłIILE MODELELOR HIDROLOGICE
Fiecare dintre modelele matematice ale fenomenelor
hidrologice care descriu şi eroziunea solului pe versanŃi,
dau, pentru ecuaŃiile diferenŃiale ce stau la baza
modelului, diferite căi de rezolvare. Se observă uşor că
modelele descrise mai sus, sunt toate neliniare, ceea ce
reflectă încă un aspect complex al fenomenului de
eroziune a solului de pe versanŃi, sub acŃiunea apei.
În [3], ecuaŃia [1], este normalizată înainte de
rezolvare. Versantul se imparte pe zone mici, în care
proprietăŃile solului se consideră omogene, ramânând
astfel puŃine elemente dependente de variabila x. SoluŃia
se dă sub forma analitică, pe porŃiuni. Pentru precizări,
se poate consulta [3]. Această soluŃie este utilă în cadrul
programului WEPP, întrucât nu mai rezolvă ecuaŃia
diferenŃială prin diverse metode numerice, care pot fi
sensibile la variaŃiile valorilor unora dintre parametrii
modelului. Numai pentru a testa modelul, am încercat
simularea unui experiment de eroziune artificială
produsă cu ajutorul instalaŃiei IMERE, [6], [7], în aprilie
2008 (fig. 1). Am considerat o porŃiune de pantă de
lăŃime 6 m şi lungime 14 m, pe care panta este
aproximativ constantă, 7.1 %. EcuaŃia (1) am rezolvat-o
folosind una dintre rutinele programului Mathcad.
Evident, dificultatea nu a constat în rezolvarea
problemei, ci în alegerea valorilor unora dintre parametrii
modelului. Rezultatul principal, aşa cum l-am obŃinut,
apare în fig. 2, ca reprezentarea grafică a variaŃiei
funcŃiei de încărcare cu sediment, G, în lungul pantei.
Aspectul grafic al variaŃiei soluŃiei arată că după o
porŃiune de aproximativ 1 m, procesul de curgere se
stabilizează, oscilând strâns în jurul valorii medii
0.0001209 kg/(m s). Acum, cantitatea de sol erodată de
evenimentul pluvial, se calculează după formula:
L
(9)
A =T ⋅
G ( x)dx
where: Ts is the length of time of sediment flowing
phenomenon and L is the slope length. Ae being the soil
losses per surface considered within the experiment
(physical and numerical). The obtained numerical value
is of 1.646 kg soil, experimentally speaking the figure
being of 1.657 kg.
The model and the solution which have been given
can be used at deducting some relations between model’s
parameters, as well as at problem stability study.
The second hydrological model taken into
consideration, given by equation (2) is solved in [4] by
characteristics method.
As it is more difficult to perform results plotting on
characteristics we chose a mutable solution within which
we have used many families of functions satisfying the
limit and boundary conditions and whose parameters
have been determined by minimizing a functional type
similar to that used for the smallest square method. The
obtained results of this problem, given as plots of two
în care: Ts este durata fenomenului de scurgere a
sedimentelor, iar L este lungimea pantei, Ae fiind
pierderea de sol pe suprafaŃa considerată în cadrul
experimentului (fizic şi numeric). Valoarea numerică
obŃinută este 1.646 kg sol, experimental obŃinându-se
1.657 kg.
Modelul şi soluŃia oferită pot fi folosite la deducerea
unor relaŃii între parametrii modelului, precum şi în
studiul stabilităŃii problemei.
Al doilea model hidrologic considerat, dat, în
principal prin ecuaŃia (2), este rezolvat în [4] prin metoda
caracteristicilor.
Deoarece o reprezentare grafică pe caracteristici, a
rezultatelor este mai dificilă, am preferat o soluŃie
variaŃională, în cadrul căreia am folosit mai multe familii
de funcŃii care satisfac condiŃiile la limită şi pe frontieră şi ai
căror parametri s-au determinat prin minimizarea unei funcŃionale
de tipul celei folosite în metoda celor mai mici pătrate.
Rezultate obŃinute pentru aceasta problemă, în reprezentari
α = 
e
s
∫0

α = 
e
s
∫0
50
Vol. 28, No.2 /2009
types in space and time are shown in fig. 3.
The variation of process control function and the
rainfall intensity in time appear in figure 4. The authors
[2] solve the equation (6) resembling to equation [2] by
finite differences method.
grafice de două tipuri, în spaŃiu şi timp, apar în fig. 3.
VariaŃia funcŃiei comandă a procesului, intensitatea
ploii, în timp, apare în fig. 4. Autorii [2], rezolvă ecuaŃia
(6), asemănătoare cu (2), prin metoda diferenŃelor
finite.
COMMENTARIES
The erosion phenomenon caused by a rainfall,
being such a complex phenomenon can not be suitably
simulated by more simple or more complicated
hydrological models, more precisely, the accuracy
assessed by either qualitative or quantitative results is
not generally speaking very performant, at least at
current developing level.
The hydrological model described by equation (1) is
a generally available model, its size being average
values in time. Such a model will not be able to simulate
the transational stages from rainfall absence to constant
rain and from the last to the rain absence. The principal
command of this model is represented only by rain’s
intensity and not on its variation.
Moreover, as we can see from table (1), the model
uses certain parameters, which, in fact are not constant
during the simulated event, such as the stream bed size,
as we can notice in fig. 1, the streams number- they can
appear or can be blocked during the respective event or
can unite in certain points.
The model given in equations (2) – (5) is a temporal
model which allows to visualize the transition stage and,
during the performed simulations only the rain being
stage not the end. This model is unidimensional and
works only on a slope profile. These remarks are also
valid for the model described in equations (6) – (8).
Although the models described above can simulate
the erosion phenomenon in same of its aspects, we
could obtain a qualitative and quantitative leap forward in
this field, by using hydrological models and meeting the
following requirements:
C1) The boundary limiting the fluid, usually fix in
time and space is variable in erosion’s point of view: the
soil submitted to water’s action modifies its slope and
losses its substance. The final form of this “boundary” is
one of the results which a complete model should offer.
C2) The fluid displacing on the slope has variable
density in time and space.
C3) The erosion issue will be certainly described in
space and time suggesting the three dimensional characteristic.
C4) The solution should be expressed as dependent
variables, which give the shape of slope surface before,
during and after the rainfall and following process ending.
C5) In this phenomenon at the boundary level fluidsolid, a permanent change process takes place so as
during the process a part of boundary is liquefied and
displace the matter submitted to these modifications
being the eroded matter.
COMENTARII
Fenomenul de eroziune care are loc în cadrul unui
eveniment pluvial, fiind un fenomen atât de complex, nu
ne aşteptăm ca modelele hidrologice, mai simple sau
mai complicate să le poată simula într-un mod suficient
de apropiat. Mai precis, fidelitatea, evaluată fie prin rezultate
cantitative, fie calitative, nu este, în general, foarte
performantă, cel puŃin la actualul nivel de dezvoltare.
Modelul hidrologic descris de ecuaŃia (1) este un
model atemporal, mărimile cu care se lucrează sunt
valori medii în timp. Un astfel de model nu va putea
simula fazele de tranziŃie de la absenŃa ploii la ploaia
stabilizată şi de la ploaia stabilizată la absenŃa ploii.
Acest model are drept comandă principală numai
intensitatea ploii, nu şi variaŃia temporală a acesteia.
În plus, aşa cum se vede din tabelul 1, modelul
foloseşte unii parametrii care, în realitate nu se menŃin
constanŃi pe toată durata evenimentului simulat, cum ar
fi domensiunile albiilor şuvoaielor – se poate observa în
fig. 1, numărul şuvoaielor – acestea se pot naşte şi pot
să fie blocate în timpul evenimentului, sau se pot uni în
anumite puncte.
Modelul dat de ecuaŃiile (2) – (5) este un model
temporal, permite vizualizarea etapei de tranziŃie, dar, în
cadrul simulărilor efectuate numai a fazei de început a
ploii, nu şi finalul. Modelul este unidimensional, nu
lucrează decât pe un profil de versant. Aceste observaŃii
sunt valabile şi pentru modelul descris de ecuaŃiile (6) – (8).
Deşi modelele descrise mai sus, pot simula
fenomenul de eroziune în anumite aspecte ale acestuia,
un salt calitativ şi cantitativ important, s-ar putea obŃine
în simularea şi predicŃia eroziunii solului, folosind modele
hidrologice, dacă ar putea fi satisfăcute următoarele cerinŃe:
C1) Frontiera care mărgineşte fluidul, de obicei fixă
în timp şi spaŃiu, în problema eroziunii este variabilă:
solul, sub acŃiunea apei îşi modifică forma şi pierde
substanŃă. Forma finală a acestei „frontiere”, este unul
dintre rezultatele pe care un model complet ar trebui să le dea.
C2) Fluidul care se deplasează pe versant are
densitatea variabilă în timp şi spaŃiu.
C3) Problema eroziunii se va descrie neapărat în
spaŃiu şi timp, cu recomandarea de tridimensionalitate.
C4) SoluŃia va trebui să se exprime în variabile dependente
care dau forma suprafeŃei versantului înainte, în timpul şi după
sfârşitul „ploii” şi terminarea procesului de scurgere.
C5) La frontiera fluid – solid, în acest fenomen, are
loc un schimb permanent, astfel încât în timpul
procesului o parte a frontierei se fluidifică şi se
deplasează, materialul ce suferă aceste modificări fiind
material erodat.
Table 1 - List of primitive parameters values (free variables or arguments) of the model, used in simulation of A experiment from April 2008 /
Lista valorilor parametrilor primitivi (variabile libere sau argumente) ai modelului utilizate în simularea experimentului A din aprilie 2008
No /
Nr.
1
2
3
4
Parameter’s name / Denumire parametru
Coeficientul de turbulenŃă indus de picăturile de ploaie /
Slime coefficient induced by rain drops
Greutatea specifica a apei / Water specific weigh
Densitatea de buruieni reziduale / Density of weed wasted
Acoperirea vegetală cu cupola / Vegetal cover with
Parameter
notation /
NotaŃie
parametru
β
γ
br
cancov
Values used in
Unit of
simulating A
measurement /
experiment / Valori
Unitate de
folosite in simularea
masură
experimentului A
-2
kg m s
-2
kg m
0.5
-2
9810
0.001
0.2
51
Vol. 28, No.2 /2009
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
spherical vault
ÎnălŃimea cupolei vegetale / High of vegetal vault
Fractia de argilă din sol / Clay fraction in soil
Numărul de zile care au trecut de la ultima lucrare a solului /
Number of days counted starting from the last soil work
Densitatea de rădăcini moarte în zona dintre şuvoaie (strat
sol 0÷15 cm) / Density of dead ruts in area between
streams (soil layer 0÷15 cm)
Valoarea maximă a parametrului flive / Parameter maximum
value flive
Factorul de frecare pentru sol / Friction factor for soil
ÎnălŃimea cupolei vegetale / Vegetal vault height
ÎnălŃimea maximă a cupolei vegetale / Vegetal vault
maximum height
Intensitatea efectiva a ploii / Rain effective intensity
Vegetal covering of area between streams / Acoperirea
vegetalăa spaŃiului dintre şuvoaie
Densitatea de rădăcini vii în zona dintre şuvoaie (strat sol 0÷15 cm) /
Density of live ruts in streams area (soil layer 0÷15 cm)
ConŃinutul de materie organică în sol / Organic matter
content into the soil
Debitul de fluid pe unitatea de lăŃime / Fluid rate of flow per
width unity
Raza hidraulică calculată din lăŃimea de curgere şi
adâncimea secŃiunii dreptunghiulare de curgere / Hydraulic
range (radius) calculated on following width and depth of
flowing rectangular section
FracŃia de acoperire a şuvoiului cu materiale reziduale /
Fraction of covering the stream with waste materials
Rugozitatea aleatoare la suprafaŃa solului / Aleatory
roughness to soil surface
SpaŃiul (intervalul) dintre şuvoaie / Space (interval) between
streams
Fractia de nisip din sol / Soil sand fraction
FracŃia de nămol (aluviuni) din sol / Mud (alluviation)
fraction in soil
Capacitatea de transport sedimente a şuvoiului / Capacity
of sediment transport of stream
Viteza efectivă a sedimentelor / Sediment effective speed
FracŃia de nisip foarte fin din sol / Fraction of soil fine sand
LăŃimea şuvoiului / Stream’s width
DistanŃa la partea de jos a pantei / Distance from slope
lower part
ConŃinutul de apă în sol la 0.033 MPa in volum / Water
content in soil at a volume 0,33 MPa
Densitatea consolidata de volum a solului la 0.0033 Mpa /
Volume consolidated density of soil at 0.0033 MPa
Rata de curgere între şuvoaie / Rate of flow between streams
Unghiul pantei în zona dintre şuvoaie / Slope angle
between streams
canhgt
clay
m
1.5
0.15
daydis
dr
4
-2
0.1
kg m
flivmx
1
fs
h
m
hmax
m
Ie
1.11
1.5
2
-1
ms
0.00000497
inrcov
lr
0
-2
0.2
kg m
OM
0.024
2
-1
q
m s
0.00001836
R
m
0.032
rc
0.0
RRt
m
0.03
Rs
m
1.5
sand
0.073
silt
0.12
Tc
-1
Kg m s
-1
-1
0.000121
Vf
vfs
w
ms
m
0.00255
0.076
0.112
x
m
0 ; 14
θcf
ρc
0.17
-3
kg m
-1
1400
σir
ms
0.0000005
Ω
radiani
0.071
Fig. 1 - Images of rainfall A and modification in time of surface from on which the experiment has been performed /
Imagini ale desfăşurării evenimentului pluvial, A, şi a modificării în timp a aspectului suprafeŃei pe care s-a desfăşurat experimental
52
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 2 - Variation of sediment load G – globally speaking (up) and in detail (down) /
VariaŃia încărcării în sediment G, globală (sus) şi în detaliu (jos
Function h / FuncŃia h
t
h (t , x ) = a ⋅arctg 
T
3D Representation / Reprezentare
3D
2D Representation / Reprezentare
2D

x
⋅arctg  

L
a= 0.00332 m
T=984 s, L= 14 m,
Max(h)= 0.002 m
-8
Rez= 6.684·10
 at 
 bx 
h (t , x ) = arctg  ⋅arctg  
T 
 L
a= -0.299, b=-0.006705
T=984 s, L= 14 m,
Max(h)= 0.0019045 m
-8
Rez= 8.88·10
 bt 
 cx 
h (t , x ) = a ⋅ arctg   ⋅ arctg  
T 
L
a= 0.001547 m, b=2.555,
c= 1.895
T=984 s, L= 14 m,
Max(h)= 0.002011 m
-7
Rez= 1.612·10
 bt 
 cx 
h ( t , x ) = a ⋅tanh   tanh  
T 
L
a= 0.002284 m, b=2.097,
c= 1.394
T=984 s, L= 14 m,
Max(h)= 0.001959 m
-8
Rez= 4.518·10
Fig. 3 - Functions obtained by variation factor for problem (32 – (35) and their characteristics as well as their plots. It is also given the
waste (residue) minimum value of minimizing functional, in order to make a choice in terms of numerical bases /
FuncŃiile obŃinute prin calcul variaŃional pentru problema (32) –(35) şi caracteristicile acestora, precum şi reprezentările lor grafice.
Se da si reziduul – valoarea minima a functionalei minimizate, pentru a putea face o alegere pe baze numerice
53
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 4 - Variability of rainfall intensity in time / VariaŃia intensitaŃii ploii în timp
[1]. Michael B. Abbott, Jens Christian Refsgaard, Distributed
Hydrological Modelling, Edition: illustrated Published by
Springer, 1996, ISBN 0792340426, 9780792340423;
[2]. www.itc.nl/lisem/index.html;
[3]. G. R. Foster,D. C. Flanagan, M. A. Nearing, L. J. Lane,
L. M. Risse, S. C. Finkner, Hillslope Erosion Component,
WEPP Documentation, chapter 11,
http://topsoil.nserl.purdue.edu/nserlweb/weppmain/docs/chap11.pdf;
[4]. SIDASS: a spatially distributed simulation model
predicting the dynamics of agro-physical soil state within
Eastern and Western European Countries for the selection
of management practices to prevent soil erosion, FINAL
REPORT, 1998 -2000;
[5]. J. J. Stone, L. J. Lane, E. D. Shirley, M. Hernandez, WEPP
Documantation, chapter 4, HILLSLOPE SURFACE HYDROLOGY,
http://topsoil.nserl.purdue.edu/nserlweb/weppmain/docs/chap4.pdf;
[6]. Herea V., P. Cârdei , Raluca Sfîru, Experimental
TH
determination of the soil erosion measures / 7
INTERNATIONAL SYMPOSIUM PROSPECTS FOR THE
RD
3
MILLENIUM AGRICULTURE, October 2-4, 2008,
University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine,
Cluj-Napoca;
[7]. Vasile Herea, Petru Cardei, Installation and procedure
for slope erosion assessment, caused by the water action,
in control rain / Simpozionul International ENGINEERING
AND MANAGEMENT OF SUSTAINABLE DEVELOPEMENT IN
AGRICULTURE TRANSPORTS AND FOOD INDUSTRY,
INMATEH 2008 – II, Bucharest, 18 Iulie 2008;
54
Vol. 28, No.2 /2009
PARTICULARITIES OF TECHNOLOGIES MECHANIZATION-AUTOMATION, IN
AGRICULTURE PERFORMED ON SANDY SOIL IN SOUTHERN OLTENIA
/
PARTICULARITATI ALE TEHNOLOGIILOR DE MECANIZARE-AUTOMATIZARE ÎN
AGRICULTURA DE PE SOLURILE NISIPOASE DIN SUDUL OLTENIEI
PhD. Eng. Ionel GHERLAN - Agricultural School Group Dăbuleni
PhD. Student. Florin STOIAN - University of Craiova
ABSTRACT: Sandy soils in southern Oltenia presents a
number of features compared to regional soils from the soil
to the climate. Here summer temperatures reach values of
0
0
more than 38 C and 65 C above ground. Wind speed in
March and April exceeds 5 m / s even reaching values of
11-17 m / s. About 36000 ha are located in the irrigable
area. Since 1992 some of these soils was reforestation
with acacia. However research from SCCCPN Dăbuleni
demonstrated that can be obtained on sandy soils
profitable crops (melons, fruit trees, vineyard, herbs, etc.).
Given the global energy crisis, climate conditions and the
existence of unproductive plots of land here can think of
systems installations and solar wind. Solar installations can
be used for installation of refrigeration, heating wastewater,
power pumps for water, getting electricity to obtain
hydrogen or liquid that can be used as fuel in winter. In the
meadow can be grown giant cane to produce biomass to
produce fuel pellets.
REZUMAT: Solurile nisipoase din sudul Olteniei prezintă o serie
de particularităŃi faŃă de solurile zonale, începând de la cele
pedologice până la cele climatice. Aici temperaturile ating vara
0
0
valori de peste 38 C iar la sol depăşesc 65 C. Viteza vântului în
lunile martie-aprilie depăşeşte 5 m/s ajungând chiar la valori de
11-17 m/s. Circa 36 mii ha sunt situate în zonă irigabilă. Începând
din anul 1992 o parte din aceste soluri a fost reîmpădurită cu
salcâm. Totuşi cercetările de la SCCCPN Dăbuleni au
demonstrat că se pot obŃine pe solurile nisipoase culturi rentabile
(pepeni, pomi, vie, plante medicinale etc). Având în vedere criza
energetică mondială, condiŃiile climatice şi existenŃa unor parcele
cu terenuri neproductive aici se pot gândi sisteme de instalaŃii
solare şi eoliene. InstalaŃiile solare pot fi utilizate pentru realizarea
de instalaŃii frigorifice, încălzirea apei menajere, acŃionarea
pompelor de apă, obŃinerea de electricitate sau obŃinerea
hidrogenului lichid ce poate fi utilizat iarna drept combustibil. În
zona de luncă se poate cultiva trestia gigant pentru obŃinerea de
biomasă pentru obŃinerea de peleŃi combustibili.
Keywords: sandy soil, sun, wind, non-conventional energy,
solar hydrogen, arundo donax
Cuvinte cheie: soluri nisipoase, soare, vânt, energii
neconvenŃionale, hidrogen solar, arundo donax
INTRODUCTION
Sandy soils in southern Oltenia is approximately 160
ha of which 81 thousand are located in the left Jiu
(Parichi M, 1984).
In arranging hydro-fitting Sadova there Corabia-36
ha of sandy soils (SOIMU T., 1998)
Some historians consider that the sandy areas in the
th
past would not have been so stretched. In the XVIII
century of his Turkish authorities have been cut forests
in those territories which led to the movement of sand
which covered large areas of cultivable land.
Barbu Ştirbei is the first to acacia plantations
established in 1852 to protect land from Bailesti. Left
Jiului have made arrangements for forestry Sand people
between 1868 and 1905.
In 1969 the forests of this area have been cleared
with the implementation of irrigation-Corabia Sadova. (L
Diaconu, 2008)
For protection against wind were planted after 1969,
the curtain of protection acacia.
Now in 2009 proved that the forests had not fully
cleared and resumed the campaign re-forestation. The
question is with the implementation of irrigation and
rehabilitation in the years 2007-2008 should be
rethought in re-forestation meaning the effective use of
this system irrigation work.
Proved by research from Research Station Dăbuleni
that can obtain good results on irrigated sandy soils
through planting of vines, fruit trees, medicinal plants,
melons, but with a higher intake of fertilizers. Profitable
crops can coexist with forests. There are fields with
sand so poor in humus and clay that can be used either
for a forestation. These lands can be used for arranging
the facilities for production of alternative energies (solar,
wind, biomass or aquatic land in the Danube valley).
Construction can be built in other industrial areas of the
country would set aside farmland.
INTRODUCERE
Solurile nisipoase din sudul Olteniei reprezintă
aproximativ 160 mii ha din care 81 mii sunt situate în
stânga Jiului (Parichi M, 1984).
În amenajarea hidroameliorativă Sadova-Corabia există
36 mii ha de soluri nisipoase (Şoimu T., 1998)
Unii istorici consideră că în trecut suprafeŃele nisipoase
nu ar fi fost atât de întinse. În secolul al XVIII-lea din porunca
autorităŃilor turceşti au fost taiate pădurile existente în aceste
teritorii fapt ce a dus la punerea în mişcare a nisipului
aluvional care a acoperit întinse suprafeŃe de teren cultivabil.
Barbu Ştirbei este primul care prin plantaŃii de
salcâm înfiinŃate în anul 1852 a protejat moşia din
Băileşti. În stânga Jiului s-au făcut amenajări silvice pentru
stăvilirea nisipurilor între anii 1868 şi 1905.
În anul 1969 pădurile din această zonă au fost
defrişate odată cu realizarea sistemului de irigaŃii
Sadova-Corabia. (Diaconu L, 2008)
Pentru protecŃia împotriva deflaŃiei eoliene au fost
plantate, după 1969, perdele de protecŃie de salcâm.
Acum în anul 2009 s-a dovedit că pădurile nu trebuiau
defrişate în totalitate şi a reînceput campania de reîmpădurire. Se
pune întrebarea dacă odată cu realizarea sistemului de
irigaŃii şi reabilitarea lui în anii 2007-2008 nu ar trebui
regândită reîmpădurirea în sensul folosirii eficiente a acestui
sistem de irigaŃii funcŃional.
S-a dovedit prin cercetările de la StaŃiunea de cercetări
Dăbuleni că se pot obŃine rezultate bune pe solurile nisipoase
irigate prin plantarea viŃei de vie, pomilor fructiferi, fasoliŃei,
plantelor medicinale, pepeni dar cu un aport mai mare de
îngrăşăminte. Culturile profitabile pot coexista cu pădurile.
Există şi parcele cu nisipuri atât de sărace în humus şi argilă
încât nu pot fi folosite nici pentru împăduriri. Aceste terenuri
pot fi folosite pentru amenajarea instalaŃiilor de producere de
energii alternative (solare, eoliene, biomasă acvatică sau
terestră în lunca Dunării). Pot fi edificate construcŃii industriale care
în alte zone ale Ńării ar scoate din circuitul agricol terenuri cultivabile.
55
Vol. 28, No.2 /2009
Peculiarities of agriculture in southern Oltenia
Features such as specific mention:
Sandy soil characteristic is cohesion and low
fertility, high summer temperatures and wind speeds
between 2 and 17 m/s spring and summer.
1. Construction on land Nefertiti fields of solar panels
and mirrors to collect solar energy from summer to
winter use (production using solar energy liquid
hydrogen). Summer temperatures are high with up to
sunny days and sands can hardly find a better use.
Designing facilities can be cold or water pumps that
work with solar energy.
2. Central wind. The frequency of wind is higher in
winter and spring. In the year 64zile wind speed
exceeds 5m / s during March-April. (SCCCPN)
3. Energy released from metal dilatation (difference in
temperatures between 40 0C ground during the day and
night. (Introduce just below the soil where temperatures
reach 65 degrees of pipe inside which can expand
freely metal, usually iron. Their End can act with great
force mechanisms that convert the energy of expansion
into mechanical work. can conceive all solar installations
operated to periodically shadow soil pipe in the right
acquired several successive expansion and contracting
during the day)
4. Using giant cane (Arundo Donax) as biomass.
Biomass production is significant and growing species
is not as demanding as Miscanthus. At Dăbuleni, giant
cane grows smooth and sandy land.
5. Use of modern irrigation techniques and automation
of irrigation. Cultivation of heat-loving plants that are
suitable for irrigation by drip.
6. Cultivation of medicinal plants, especially lavanda.
Mechanized harvesting the flowers lavanda are
problems. There are harvested by machines, but by to
mow, which cut and leaves. You have designed a car
with a fine cutting, commissioned by the photodiode,
which only cut flowers.
7. Growing and harvesting catina. Now is harvested by
hand, very hard, having isolates needles. You build a
car to absorb the air like a vacuum cleaner fruit.
8. Device for measuring the thickness of the shell green
melons and degree of ripening, without cutting it, based
on ultrasound.
Among those features of particular interest is that I use
solar energy giant cane cultivation and the biomass.
ParticularităŃi ale agriculturii în sudul Olteniei
Ca particularităŃi specifice acestei menŃionăm:
Caracteristic solurilor nisipoase este coeziunea şi
fertilitatea redusă, temperaturi ridicate vara şi viteze ale
vantului între 2 şi 17 m/s primăvara şi vara.
1. Construirea pe terenurile nefertile a câmpurilor de panouri
solare şi oglinzi solare care să acumuleze energia din vară
pentru a o folosi iarna (producerea cu ajutorul energiei solare
a hidrogenului lichid). Vara se înregistrează temperatura
ridicate cu maxim de zile însorite iar nisipurile cu greu pot găsi
o utilizare mai bună. Se pot concepe instalaŃii frigorifice sau
pompe de apă care să funcŃioneze cu energie solară.
2. Centrale eoliene. FrecvenŃa vânturilor este mai mare
primăvara şi iarna. În 64zile ale anului viteza vîntului
depăşeşte 5m/s în perioada martie-aprilie. (SCCCPN);
3. Folosirea energiei degajată de dilatarea metalelor
0
(diferenŃa de 40 C între temperaturile la sol din timpul
zilei şi nopŃii. (Introducerea imediat sub sol unde
temperaturile ajung la 65 grade a unor Ńevi în interiorul
cărora se pot dilata liber metale, de regulă fier. Capătul lor
poate acŃiona cu o forŃă foarte mare mecanisme care
transformă energia de dilatare în lucru mecanic. Se pot
concepe instalaŃii actionate tot solar care să umbrească
periodic solul în dreptul Ńevii obŃinând astfel mai multe
dilatări şi contractări succesive)
4. Folosirea trestiei gigant (Arundo Donax) ca biomasă.
ProducŃia de biomasă este însemnată iar cultivarea speciei
nu este aşa de pretenŃioasă ca Miscanthus. La Dăbuleni,
trestia gigant creşte fără probleme şi pe terenuri nisipoase.
5. Utilizarea de tehnici moderne de irigare şi automatizarea
irigaŃiilor. Cultivarea plantelor iubitoare de căldură şi care se
pretează la irigarea prin picurare.
6. Cultivarea plantelor medicinale, în special a lavandei.
Recoltarea mecanizată a florilor de lavandă.ridică
probleme. Există maşini de recoltat, dar prin cosire, care
taie şi frunzele. Trebuie concepută o maşină cu un
aparat de tăiere fin, comandat de fotodiode, care să taie
numai florile.
7. Cultivarea şi recoltarea cătinei. Acum se recoltează manual,
foarte greu, tulpinile având Ńepi. Trebuie construită o maşină
pneumatică care să absoarbă ca un aspirator fructele.
8. Aparat pentru măsurarea grosimii cojii la pepenii verzi
şi a gradului de coacere, fără tăierea lui, pe bază de
ultrasunete.
Dintre aceste particularităŃi un interes deosebit cred că reprezintă
folosirea energiei solare şi cultivarea trestiei gigant ca biomasă.
I. SOLAR ENERGY
Total solar energy reaching the surface dry earth
is 219,000,000 billion kWh per year, 2000 times the
current energy needs of mankind. On a clear summer
days the total radiation that we can use (global
radiation) is approximately 800-1000W/mp. (Armin
Themebl, 2008).
Part of the largest solar energy reached the
surface of the earth is consumed in maintaining the
general climate of the planet and only a very small
portion, less than 1% is used by natural ecosystems
and agro-ecosistemele substance in the production of
organic biomass. Solar spectrum, as shown Demeyer
A., F. Jacob, M. Joz, G. Menguy and J. Perrier (1981),
the wavelength of 0.01 A and 1000 nm is formed at the
rate of 8% UV, 41% of visible radiation and 51% of
infrared radiation. The latter contributes predominantly
to the climate. (I. Puia, 1986)
Solar energy can be used through passive and
active systems. In our area, yet is only the use of
passive solar energy in particular by reproducing the
greenhouse effect, in order solar heating and
wastewater.
I. ENERGIA SOLARĂ
Totalul energiei solare care ajunge pe suprafaŃa
uscată a Terrei este de 219.000.000 miliarde kWh pe an,
adică de 2000 de ori necesarul actual de energie al
omenirii. Într-o zi senină de vară totalul radiaŃiei de care
ne putem folosi (radiaŃia globală) este de aproximativ
800-1000W/mp. (Armin Themebl, 2008).
Partea cea mai mare din energia solară ajunsă la
suprafaŃa pământului este consumată în întreŃinerea
climatului general al planetei şi numai o foarte mică parte,
mai puŃin de 1% este utilizată de către ecosistemele naturale
şi agroecosistemele în producerea de substanŃă organică,
de biomasă. Spectrul solar, după cum au arătat A. Demeyer,
F. Jacob, M. Joz, G. Menguy şi J. Perrier (1981), între
lungimile de undă de 0,01 A şi 1000 nm este constituit în
proporŃie de 8% din radiaŃii ultraviolete, 41% din radiaŃii
vizibile şi 51% din radiaŃii infraroşii. Acestea din urmă
contribuie predominant la realizarea climatului.(I. Puia, 1986)
Energia solară poate fi utilizată prin sisteme pasive şi prin
sisteme active. La noi în zonă, deocamdată, este prezentă
numai utilizarea pasivă a energiei solare în special prin
reproducerea efectului de seră, cu scopul încălzirii
solariilor şi a apei menajere.
56
Vol. 28, No.2 /2009
Use means the use of active solar cells to produce
electricity using solar collectors to produce heat and
obtaining liquid hydrogen.
Utilizarea activă înseamnă folosirea celulelor solare pentru
obŃinerea energiei electrice, folosirea colectoarelor solare pentru
producerea energiei termice şi obŃinerea hidrogenului lichid.
SOLAR COLLECTORS
1. Collectors with concentration, focus sunlight into a
point with convex or parabolic mirrors, achieving the
temperature in that point of 250-800°C;
2. Collectors with vacuum tubes consist of glass
thermo-resistant, transparent, provided the inside tube
of thinner absorbent material of high capacity. Between
the two there is a vacuum tube, so heat losses are
reduced considerably by eliminating convexities and air
conductivity.
3. Plate collectors consist of carcass collectors,
absorber, heat isolated and a transparent coating.
COLECTOARE SOLARE
1. Colectoare cu concentrare, concentrează lumina solară într-un
punct cu ajutorul oglinzilor convexe sau parabolice, obŃinându-se
în acel punct temperatura de 250-800°C
2. Colectoare cu vid sunt alcătuite din tuburi de sticlă
termorezistente, transparente, prevăzute la interior cu
tuburi mai subŃiri dintr-un material absorbant de înaltă
capacitate. Între cele două tuburi există vid, astfel
pierderile de căldură sunt reduse considerabil prin
eliminarea convexiei şi a conductivităŃii aerului.
3. Colectoare plate sunt formate din carcasa colectorului,
absorbant, izolantul termic şi un înveliş transparent.
HYDROGEN OBTAINING OF SOLAR ENERGY AID
Direct thermal dissociation of water dissociation and
water using light quantum are unconventional methods
of obtaining hydrogen. Using light energy for water
dissociation is possible because the water vapor
absorbs light approx. 1860 Å and photons ultraviolet
radiation of 1949 Å. In these circumstances the link is
broken H-OH with a yield of hydrogen formation by
approx. 0.4%.
"Solar Hydrogen" are real possibilities to become
more profitable as a source of energy than the energy
provided by plants atom-electrics.
The author, M. Momirlan, together with Professor TN
Veziroglu published in 2002 a comprehensive study on the
current status of the obtaining and use of hydrogen as an
alternative energy source ("Current status of hydrogen
energy", Renewable and Sustainable Energy Reviews,
141-179,2002).
HIDROGEN OBTINUT CU ENERGIE SOLARĂ
Disocierea termică directă a apei şi disocierea apei cu
ajutorul cuantelor de lumină sunt metode neconvenŃionale
de obŃinere a hidrogenului. Utilizarea energiei luminoase
pentru disocierea apei este posibilă deoarece vaporii de
apă absorb lumina de cca. 1860 Å şi fotonii de radiaŃii
ultraviolete de 1949 Å. În aceste condiŃii se rupe legătura
H-OH cu un randament de formare a hidrogenului de cca.
0,4 %.
"Hidrogenul solar" are posibilităŃi reale de a deveni mai
rentabil ca sursa energetică decât energia furnizată de
centralele atomoelectrice.
Autoarea, M. Momirlan, împreună cu profesorul T.N.
Veziroglu au publicat în 2002 un studiu amplu privind
starea curentă a obŃinerii şi utilizării hidrogenului ca sursă
alternativă de energie (“Current status of hydrogen
energy”, Renewable and Sustainable Energy Reviews,
141-179(2002))
II. GIANT CANE CULTIVATION (ARUNDO DONAX) TO
OBTAIN BIOMASS
Giant cane was known to the people of ancient
times, being cultivated in the villages built on top to
obtain fishing and tinsel for the support (Araç) for
growing tomatoes in the garden and solarium. It is
2
planted in 2-3 to 5-6 m after each needs. It is a
perennial, multiplying through rhizome and being naked
in the middle and cane swamp but size much larger.
The characteristics of this type of cane are:
- Height
3.5 - 5 m
- Thickness
25 - 35 mm based
12 - 17 mm peak
- Average weight per piece
600÷700 g harvested in
March
250 - 350 g dry leaves without
- Density
20-30 plants / m²
Can be planted by hand or machine planted
seedlings, and then multiply naturally. It is expected that at
a density of 200 000 plants per hectare can produce a
quantity of 60 tons of biomass with low moisture when
harvested in spring or a larger amount of biomass that is
harvested in the autumn leaves with everything but in
green.
II. CULTIVAREA TRESTIEI GIGANT (ARUNDO DONAX)
PENTRU OBłINEREA BIOMASEI
Trestia gigant a fost cunoscută de cetăŃenii zonei din timpuri
străvechi, fiind cultivată în intravilanul localităŃilor, la început pentru
obŃinerea beŃelor pentru pescuit apoi pentru confecŃionarea suporŃilor
(aracilor) pentru cultura roşiilor în grădină şi la solar. Ea se găseşte
plantată în pâlcuri de 2-3 mp până la 5-6 mp după necesităŃile
fiecăruia. Este o plantă perenă, înmulŃindu-se prin rizomi şi fiind
goală la mijloc ca şi trestia de baltă dar de talie mult mai mare.
Caracteristicile acestui tip de trestie sunt următoarele:
- înălŃime
3,5 - 5 m
- grosime
25 - 35 mm la bază
12 - 17 mm la vârf
- greutatea medie pe bucată 600 - 700 g recoltată în luna
martie
250 – 350 g în stare uscată fără frunze
- Densitate
20-30 plante/mp
Poate fi plantată manual sau cu maşini de plantat
răsaduri, înmulŃindu-se apoi natural. Se preconizează că la o
densitate de 200 000 plante la hectar se poate obŃine o
cantitate de 60 tone de biomasă cu umiditate redusă dacă
se recoltează primăvara sau o cantitate mai mare de
biomasă dacă se recoltează toamna cu frunze cu tot dar în
stare verde.
CONCLUSIONS
- Research from SCCCPN Dăbuleni demonstrated that
can be obtained on sandy soils profitable crops
(melons, fruit trees, vineyard, herbs, etc.).
- Given the worldwide energy crisis, climate conditions
and the existence of unproductive plots of land here can
think of systems installations and solar wind;
- Solar installations can be used for installation of
refrigeration, heating wastewater, power pumps for
CONCLUZII
- Cercetările de la SCCCPN Dăbuleni au demonstrat că se
pot obŃine pe solurile nisipoase culturi rentabile (pepeni,
pomi, vie, plante medicinale etc.);
- Având în vedere criza energetică mondială, condiŃiile
climatice şi existenŃa unor parcele cu terenuri neproductive
aici se pot gândi sisteme de instalaŃii solare şi eoliene;
- InstalaŃiile solare pot fi utilizate pentru realizarea de
instalaŃii frigorifice, încălzirea apei menajere, acŃionarea
57
Vol. 28, No.2 /2009
water, getting electricity to obtain hydrogen or liquid that
can be used as fuel in winter;
- In the meadow can be grown giant cane to produce
biomass to produce fuel pellets.
pompelor de apă, obŃinerea de electricitate sau obŃinerea
hidrogenului lichid ce poate fi utilizat iarna drept combustibil;
- În zona de luncă se poate cultiva trestia gigant pentru
obŃinerea de biomasă pentru obŃinerea de peleŃi combustibili.
1. Diaconu LuminiŃa City Dăbuleni, Monograph, Ed
ALMA Craiova, 2008
2. Scientific papers, SCCCPN Dăbuleni, 1998
3. Momirlan Magdalena, Institute of Physics of the
Romanian Academy
4. Armin Themebl, solar installations, Ed MAST, 2008
58
Vol. 28, No.2 /2009
ASPECTS REGARDING INFLUENCE OF GEOMETRICAL SHAPE OF ORIFICES ABOUT
SEEDS GRAVIMETRIC FLOW RATE
/
ASPECTE PRIVIND INFLUENłA FORMEI GEOMETRICE A ORIFICIILOR ASUPRA DEBITULUI
DE CURGERE GRAVIMETRIC AL SEMINłELOR
drd. ing.Cristian Mieilă, prof. dr. ing Tudor Căsăndroiu - UPB
Abstract. Inside industrial equipments which operate with
crop seeds, gravitational flow of seeds is done through
discharge orifices with different geometrical shapes. An
important parameter for characterization gravitational flow
of granular materials is the flow rate through orifices with
different geometrical shapes. For this purpose it was
published and suggested a series of mathematical
models for estimating of flow rates through orifices. After
some authors the flow rate of seeds is proportional with
5/2
D
(D – orifices diameter), while after others is
n
proportional with Dh (Dh – hydraulic diameter, n –
experimentally determined exponent). In this paper is
analyzed the difference between the flow rates values
through circular and square orifices, flow rates for seeds
at various moisture content, function of hydraulic
diameter of considered orifices. The analysis is referred
to orifices placed vertically having geometrical shape
square and circle. Results indicate the significant
influence of orifice geometrical shape about flow rate –
the geometrical shape of orifice influencing between
certain limits the values of medium flow rate for all seeds
types considered in this study based on published
experimental results.
Rezumat. În echipamentele industriale care operează cu
seminŃele plantelor de cultură, curgerea gravitaŃională a
seminŃelor se produce prin orificii de evacuare cu diverse
forme geometrice. Un parametru important în caracterizarea
curgerii gravitaŃionale a materialelor granulare îl constituie
debitul de curgere prin orificii cu diverse forme geometrice.
În acest scop au fost publicate şi propuse o serie de modele
matematice pentru evaluarea debitelor de curgere prin
orificii. După unii autori debitul de curgere Q al seminŃelor
5/2
prin orificii este proporŃional cu D (D – diametrul orificiilor),
n
iar după alŃii proporŃional cu Dh (Dh – diametrul hidraulic, n –
exponent determinat experimental). În această lucrare se
analizează diferenŃa între valorile debitelor de curgere prin
orificii circulare şi pătrate, debite de curgere ale unor seminŃe
având diferite conŃinuturi de umiditate, în funcŃie de diametrul
hidraulic al orificiilor considerate. Analiza se referă la orificii
plasate vertical având forma geometrică pătrată şi circulară.
Rezultatele indică influenŃa semnificativă a formei
geometrice a orificiului asupra debitului de curgere – forma
geometrică a orificiului de evacuare influenŃând între
anumite limite valorile debitul mediu de curgere pentru toate
tipurile de seminŃe luate în studiu pe baza rezultatelor
experimentale publicate.
Keywords: seeds, moisture content, hydraulic diameter,
orifice geometrical shape, flow rate.
Cuvinte cheie: seminŃe, conŃinut de umiditate, diametru
hidraulic, formă geometrică a orificiului, debit de curgere.
Introduction and review
The evaluation as more accurate of mass transfer of
granular materials which is happen inside industrial
equipment, by reason of phenomenon complexity, is still
a challenge for researchers which tried since of the
beginning of 20 century development of mathematical
correlations, which to be useful for estimating the
granular materials flow rate through orifices [11, 12, 14].
From incipient investigations it has been understood
that the equipment geometrical characteristics and also of
materials is playing an important role for flow, [9].
Brown and Richards [3] have discovered that mass
flow rate (Qm) remain constant until the head of granular
material above the discharge orifice become less than
hopper orifice diameter, and Qm is independent of
cylinder diameter (Dc) at which hopper is connected, for
Dc>1.5D, (D - orifice diameter), whereas Franklin and
Johanson [14] have been established criteria Dc-D>30dp,
(dp - particle diameter).
Fowler and Glastonbury (1959), [10] using
dimensional analysis for study of granular material flow
phenomenon, have conducted at development of mass
flow rate model - Qm:
Introducere şi sinteză
Evaluarea cât mai precisă a transferului de masă de
materiale granulare care se produce în instalaŃiile
industriale, datorită complexităŃii fenomenului, constituie o
provocare pentru cercetători care au încercat încă de la
începutul secolului 20 dezvoltarea de corelaŃii
matematice, care să fie utile în evaluarea debitului de
curgere al materialelor granulare prin orificii [11, 12, 14].
Din investigaŃiile iniŃiale, s-a dedus că atât
caracteristicile geometrice ale instalaŃiei cât şi cele ale
materialelor joacă un rol important în curgere, [9].
Brown şi Richards [3] au constatat că debitul de
curgere masic (Qm) rămâne constant până când înălŃimea
materialului aflat deasupra orificiului de evacuare din
pâlnie este mai mic decât diametrul orificiului pâlniei, iar
Qm este independent de diametrul cilindrului (Dc) la care
se racordează pâlnia, pentru Dc>1.5D, (D - diametrul
orificiului), în vreme ce Franklin şi Johanson [14] au
stabilit criteriul Dc-D>30dp, (dp - diametrul particulei).
Fowler şi Glastonbury (1959), [10] aplicând teoria
analizei dimensionale la studiul fenomenului de curgere a
materialelor granulare au dezvoltat modelul matematic
pentru debitul de curgere masic - Qm:
D
Qm = C1 ⋅ A ⋅ ρ v ⋅ 2 gDh  h
d
 p




0.185
(1)
Inside mathematical model of Fowler and
Glastonbury the significance of notations are: A - orifice
area; ρv - granular material bulk density; Dh - orifice
hydraulic diameter; dp - particle diameter; C1 - a constant.
The Fowler and Glastonbury model [10] is
considering discharge orifice an important parameter for
flow, but it not contain any correction for the space which
D
Qm = C1 ⋅ A ⋅ ρ v ⋅ 2 gDh  h
d
 p




0.185
(1)
În modelul Fowler şi Glastonbury semnificaŃiile
mărimilor sunt: A - aria orificiului; ρv - masa volumică a
materialului granular; Dh - diametrul hidraulic al orificiului;
dp - diametrul particulei, C1 - constantă.
Modelul Fowler şi Glastonbury [10] consideră forma
geometrică a orificiului de evacuare ca un parametru
important în curgere, dar nu conŃine nici o corecŃie pentru
59
Vol. 28, No.2 /2009
is unoccupied on discharge orifice during flow process.
For mass flow rate test Fowler and Glastonbury have
been used six different shapes of discharge orifices,
namely – circular, square, triangular, rectangular,
hexagonal and elliptical and they found a value for the
constant: C1 = 0,236 as balanced average for 347 tests
using all the orifice shapes above-mentioned, with a
confidence level of 0,95.
Based on dimensional analysis for granular
materials flow, Beverloo et al. (1961) [2], introduced a
correction for the unoccupied space on discharge orifice
during flow process, they have suggested that granular
materials flow rate is stand on orifice area and effective
hydraulic diameter raised at a power of 0.5:
Q = 0.75 ⋅ Ae ⋅ gDe
(2)
spaŃiul neocupat în curgere pe orificiul de evacuare. La
determinarea debitului masic Fowler şi Glastonbury au
folosit şase forme diferite de orificii de descărcare şi anume
- orificii circulare, pătrate, triunghiulare, rectangulare,
hexagonale şi eliptice şi au găsit o valoare pentru
constantă: C1 = 0,236 ca medie ponderată pentru 347 de
teste folosind toate formele de orificii de descărcare
enumerate mai sus, cu un nivel de încredere de 0,95.
Bazat pe teoria analizei dimensionale aplicată
curgerii materialelor granulare, Beverloo ş.a. (1961) [2],
au introdus o corecŃie pentru spaŃiul neocupat în curgere
prin orificiul de evacuare, sugerând că debitul
materialelor granulare variază cu aria orificiului şi cu
diametrul hidraulic efectiv ridicat la puterea 0,5:
Q = 0.75 ⋅ Ae ⋅ gDe
(2)
where Q - volume flow rate; g - acceleration due to the
gravity; De = Dh–1.4d, De - orifice effective hydraulic
diameter; d - particles average dimension; Ae - orifice
effective area calculated using De.
From application of dimensional equation of granular
materials flow is obtained that Qm is proportional to the
multiplication of ρ v ⋅ g 1 / 2 ⋅ D 5 / 2 . Beverloo et al. [2, 14], have
unde Q - debitul volumic; g - acceleraŃia gravitaŃională; De
= Dh–1.4d, De - diametrul hidraulic efectiv al orificiului; d dimensiunea medie a particulelor; Ae - aria efectivă a
orificiului calculată cu De.
Din aplicarea ecuaŃiei dimensionale a curgerii
materialelor granulare se obŃine că Qm este proporŃional
cu produsul ρ v ⋅ g 1 / 2 ⋅ D 5 / 2 . Beverloo ş.a. [2, 14], a
developed an equation for the flow of solid granular
materials through hopper orifices:
dezvoltat o ecuaŃie pentru curgerea
granulare solide prin orificiile pâlniilor:
Qm = 0.583 ⋅ ρ v ⋅ g (D − 1.4d )
2,5
(3)
materialelor
Qm = 0.583 ⋅ ρ v ⋅ g (D − 1.4d )
2,5
(3)
where D - orifice diameter, d - particle average diameter.
The value for the constant in the above equation (0,583)
have been validated through comparing values for the
measured flow rates data and the calculated flow rates
data which have indicated and average deviation of 5%
and an maximum deviation of 12,5%.
The results obtained using the equation developed
by Beverloo et al., compared with the results obtained
using the equation developed by Fowler and Glastonbury
have been claimed that they agrees best, but it gives
values as much as 10% lower than those reported by
several others investigators [14].
In 1988 Chang, Converse and Steele [6], have been
measured the flow rate of corn, wheat and sorghum
seeds through vertical orifices, shaped circular and square.
The orifices have been fitted in the vertical wall of the
container with the center of the orifices situated at 23cm above
the bottom of the container, and the seeds level was maintained
constant via feeding at the upper side of the container.
The relations between the flow rates of corn, wheat,
sorghum and soybeans, according to diameter (side length) of
the orifice are log linear and they have can be expressed as, [4]:
(4)
Q m = C 2 ⋅ ρ v ⋅ A ⋅ D hn
unde D - diametrul orificiului, d - diametrul mediu al
particulei. Valoarea găsită pentru constanta din ecuaŃia
de mai sus (0,583) a fost validată prin comparaŃiile dintre
datele debitelor de curgere măsurate şi cele calculate
pentru diferite tipuri de seminŃe care au indicat o abatere
medie de 5% şi o abatere maximă de 12,5%.
Rezultatele obŃinute folosind ecuaŃia dezvoltată de
Beverloo ş.a., prin comparaŃie cu rezultatele obŃinute prin
ecuaŃia dezvoltată de Fowler şi Glastonbury au arătat că
valorile lor sunt în cea mai bună concordanŃă, dar fată de
cele obŃinute de alŃi cercetători ele sunt cu 10% mai mici
[14].
În 1988 Chang, Converse şi Steele [6], au măsurat
debitul seminŃelor porumbului, grâului şi sorgului prin
orificii verticale, circulare şi pătrate.
Orificiile au fost practicate în peretele vertical al
containerului cu centrul orificiilor la 23 cm deasupra
fundului containerului iar nivelul a fost menŃinut constant
prin umplerea pe la partea superioară.
RelaŃiile între debitul de curgere al porumbului,
grâului, sorgului şi soiei, faŃă de diametrul (latura) orificiului
sunt logaritmic liniare şi pot fi exprimate astfel, [4]:
(4)
Q m = C 2 ⋅ ρ v ⋅ A ⋅ D hn
where Qm - flow rate [kg/s]; ρv - granular material bulk density
3
2
[kg/m ]; A - orifice area [m ]; Dh - orifice hydraulic diameter
[m]; C2, n - experimentally coefficients crop seeds dependent.
The adequate value for the granular material bulk
density is disputed by reason of the fact that the bulk
density in the hopper is variable in respect with flow time
and also with the position which the material is filling up.
In this purpose during of the experiments regarding the
seeds flow [4, 5, 6] the experimental data of the flow rates
through orifices, is recorded the seeds mass and seeds
flow time and used for recording of the mass flow rate for
each test. The volume flow rate is calculated with the aid
of mass flow rate and of the bulk density of the seeds
considered constant.
Wang et.al. [18] have developed a mathematical
model for flow through orifices of conical hoppers using
the dimensional analysis in purpose of soybean meal flow
rate evaluating for different moisture content. They have
considered the flow rate as a function of particle density,
unde Qm - debitul [kg/s]; ρv - masa volumică [kg/m ]; A 2
aria orificiului [m ]; Dh - diametrul hidraulic [m]; C2, n coeficienŃi experimentali dependenŃi de seminŃele culturii.
Valoarea adecvată a masei volumice este discutată
prin prisma faptului că masa volumică din pâlnie variază
atât cu timpul de curgere cât şi cu poziŃia pe care
materialul o ocupă. În acest scop, la efectuarea anumitor
experimente legate de curgerea seminŃelor [4, 5, 6]
datele experimentale referitoare la debitul de curgere prin
orificii, sunt înregistrate masa seminŃelor şi timpul de
curgere şi folosite pentru a înregistra debitul masic pentru
fiecare test. Debitul volumic este calculat cu ajutorul
debitului masic şi a masei volumice a cerealelor
considerată constantă.
Wang ş.a. [18] au dezvoltat un model matematic
pentru curgerea din orificiile pâlniilor conice folosind
teoria analizei dimensionale pentru a evalua debitul de
evacuare al făinii de soia la diferite conŃinuturi de
umiditate. S-au luat în considerare ca parametri ce
3
60
Vol. 28, No.2 /2009
bulk density, bin diameter, size of the discharge orifice,
the angle of the hopper, the repose angle and
acceleration due to the gravity. Although this model is
evaluating more precise the flow rate than Fowler and
Glastonbury model [10] it has the same resolution as the
Beverloo et. al. [2, 14] model. Recently, an empirical
equation has been submitted for the flow of cereal seeds
through horizontal and vertical orifices, [4]:
n
(5)
Q = k ⋅ A ⋅ Dh
3
2
where Q - volume flow rate [m /h]; A – orifice area [cm ];
Dh - orifice hydraulic diameter [cm]; k, n - variable
experimentally coefficients. The coefficients k and n have
been determined based only on the flow rate data
through orifices shapes circular and square.
The relation between specific volume flow rate
(reported to the orifice area) and orifice hydraulic
diameter, for horizontal and vertical orifices, has been log
linear for corn, wheat, sorghum and soybeans.
Consequently, the specific volume flow rates have been
expressed as a power function of hydraulic diameter, Dh.
influenŃează debitul de curgere: densitatea particulelor,
masa volumică, diametrul buncărului, mărimea orificiului de
evacuare, unghiul pâlniei, unghiul de taluz natural şi
acceleraŃia gravitaŃională. Deşi acest model evaluează mai
exact debitul de curgere decât modelul Fowler şi Glastonbury
[10] are aceeaşi precizie ca modelul dezvoltat de Beverloo
ş.a. [2, 14]. Recent, o ecuaŃie empirică a fost propusă pentru
debitul cerealelor prin orificii orizontale şi verticale, [4]:
n
(5)
Q = k ⋅ A ⋅ Dh
3
2
unde Q - debitul volumic [m /h]; A - aria orificiului [cm ];
Dh - diametrul hidraulic al orificiului [cm]; k, n - coeficienŃi
experimentali variabili. CoeficienŃii k şi n au fost
determinaŃi pe baza datelor debitului doar prin orificii
circulare şi pătrate.
RelaŃiile dintre debitul volumic specific (raportat la aria
orificiului) şi diametrul hidraulic al orificiului, atât pentru
orificii orizontale cât şi pentru orificii verticale, au fost
lineare în coordonate logaritmice pentru grâu, porumb,
sorg, şi soia. Ca urmare, debitele de curgere specifice au
fost exprimate ca o funcŃie putere a diametrului hidraulic, Dh.
Theoretical aspects
n
Many researches is reporting that Q ~ Dh , where n
≥ 2.5, and Dh is quantifying characteristics of discharge
orifice. Hereby [14, 16, 17]: n = 2.93 after Franklin and
Johanson, 1955; n = 2.77÷3.09 after Beverloo, 1960; n =
2.96 after Newton, 1945. As it can be seen in these cases
the function can be reduced to:
n
(6)
Q = K ⋅ Dh
Aspecte teoretice
n
Numeroase cercetări arată că Q ~ Dh , unde n ≥
2,5, iar Dh cuantifică caracteristici ale orificiului de
evacuare. Astfel [14, 16, 17]: n = 2,93 după Franklin şi
Johanson, 1955; n = 2,77÷3,09 după Beverloo, 1960; n =
2,96 după Newton, 1945. După cum se observă în aceste
cazuri funcŃia se poate reduce la forma simplificată:
n
(6)
Q = K ⋅ Dh
where Dh is representing either the diameter either the
side length of the circular or respective square orifice
shape, and K and n are two constants which can be
experimentally determined.
Mostly of the studies made for the flow of granular
materials, where the seeds are included, is considering
as parameters which weigh in the flow process: granular
material bulk density (ρv), particle size (accustomed
expressed synthetic through particle diameter - dp), orifice
area (A), discharge orifice hydraulic diameter (Dh).
From all those is determined that the orifice area
and hydraulic diameter are close parameters and they
describe the discharge orifice. By this reason the present
study is proposing as a separate element of investigation
the discharge orifice geometrical shape and keeping in
the mathematical models of a characteristic dimensions
of the given shape orifice, namely Dh.
unde Dh reprezintă după caz diametrul sau latura
orificiului pentru forma geometrică circulară sau respectiv
pătrată a orificiului, iar K şi n sunt două constante care pot fi
determinate din date experimentale.
În general studiile întreprinse privind curgerea materialelor
granulare, în clasa cărora şi seminŃele se încadrează, consideră
ca parametri care intervin în procesul de curgere: masa
volumică a materialului granular (ρv), mărimea particulelor
(exprimată uzual în mod sintetic prin diametrul particulei - dp),
aria orificiului (A), diametrul hidraulic al orificiului de evacuare (Dh).
Din toate acestea se constată faptul că aria şi
diametrul hidraulic ai orificiului sunt parametri apropiaŃi şi
descriu orificiul de evacuare. De acea studiul prezent
propune ca element separat de investigaŃie forma
geometrică a orificiului de evacuare şi păstrarea în
modelele matematice a unei dimensiuni caracteristice a
orificiului de formă dată, şi anume Dh.
Materials and methods
The present paper is using the measured values
data presented by Chang, Connverse and Steele [5, 6],
for flow rates test of corn, wheat, sorghum and soybeans
through orifices having Dh ranged from 10,2 to 30,5cm
with increments of 2,5cm, using seeds samples having
moisture content of the grains ranged from 13,2 to 22,4%
for corn seeds; 10,2 to 23,0% for wheat seeds; 11,6 to
18,0% for sorghum seeds and 12,3% for soybean seeds.
The effectuated measurements [5, 6] are used also
in ASAE D274.1- 98 Standard [1], which is referring to the
seeds flow through orifices, standard adopted by
American Society Of Agricultural Engineers in 1948, and
which is periodically revised. To evaluate the differences
between the flows rates through circular and square
orifice shape the following calculus are made:
- evaluating of average values of flow rates (Qmed)
corresponding to each of every value of discharge orifice
hydraulic diameter Dh, for both geometrical shapes of
discharge orifice;
- reporting of the two average values of flow rate for each
orifice type for every investigated seed type.
Materiale şi metodică.
Lucrarea utilizează datele măsurătorilor efectuate de Chang,
Connverse si Steele [5, 6], pentru determinarea debitele de curgere
pentru porumb, grâu, sorg şi soia prin orificii de forme circulare şi
respectiv pătrate cu Dh cuprinse între 10,2÷30,5cm cu o creştere
progresivă a acestuia între dimensiuni consecutive de 2,5cm, folosind
loturi de seminŃe având conŃinuturi de umiditate de: 13,2 la 22,4%
pentru seminŃele de porumb; 10,2 la 23,0% pentru seminŃele de grâu;
11,6÷18,0% la seminŃele de sorg şi 12,3% la seminŃele de soia.
Măsurătorile efectuate [5, 6] sunt utilizate de
asemenea în Standardul ASAE D274.1- 98 [1], care se
referă la curgerea seminŃelor prin orificii, standard
adoptat de American Society Of Agricultural Engineers în
anul 1948 şi revizuit periodic. Pentru evaluarea diferenŃelor
între debitele de curgere prin orificii de formă circulară şi
pătrată se procedează la următoarele evaluări:
- evaluarea mărimilor medii a debitelor de curgere (Qmed)
corespunzătoare fiecărei mărimi investigate a diametrului
hidraulic Dh a orificiului de evacuare, pentru ambele forme
geometrice ale orificiului de evacuare;
- raportarea relativă a celor două mărimi ale debitelor medii pe
tip de orificiu pentru fiecare tip de seminŃelor cercetate.
61
Vol. 28, No.2 /2009
For determination of some equations for seeds flow
rates calculus as function of Dh, is mathematically
investigated the results obtained through numerical
simulations, comparative with available measured data set,
the relative errors of calculated regarding to measured data.
Pentru determinarea unor relaŃii de calcul a debitului
seminŃelor în funcŃie de Dh, se investighează matematic
rezultatele obŃinute prin simulări numerice, comparativ cu
seturile de date măsurate disponibile, erorile mărimilor
calculate faŃă de cele măsurate.
Results and discussions.
The recorded flow rates relative to Dh have been log
linear for corn, wheat, sorghum and soybeans.
Accordingly, the flow rates have been expressed as
power function of Dh, for different seeds moisture
contents. The flow rates for corn and wheat decrease
with increase of moisture content in the specified ranges.
For a given Dh, the biggest flow rates have been recorded
for wheat, and the flow rate of sorghum have been the
lowest comparative to the flow rates of those four types of
experimentally investigated seeds for low level of
moisture content (<15%). Through processing of
numerical data of obtained flow rates from the reported
results of experiments [5, 6] this data have been exposed
as a power function of average volume flow rate (Qmediu)
function of the discharge orifice size Dh, as:
n
(7)
Q mediu = k ⋅ D h
where k and n are coefficients which have been found after analysis
of the experimentally data, the flow rates regression equations
2
having correlation coefficients R ≥ 0.99 (see Table 1), [5, 6].
Applying the evaluation of the differences between
measured average flow rates (Qmediu) through geometrical
shapes circular and square of orifices is proposed hereby
that the relation between the flow rate of crop seeds
through vertical circular orifice (Qc) and the flow rate of
crop seeds through vertical square orifice (Qp), both
orifices having the same Dh is:
(8)
Qc = C f ⋅ Q p
Rezultate şi discuŃii.
Debitele de curgere înregistrate raportate la Dh au fost
liniare în coordonate logaritmice pentru grâu, porumb, sorg, şi soia.
Ca urmare, debitele de curgere au fost exprimate ca funcŃii
putere ale Dh, pentru diverse conŃinuturi de umiditate ale seminŃelor.
Debitele de curgere pentru porumb şi grâu au scăzut la creşterea
conŃinutului de umiditate în intervalele specificate. Pentru un Dh
dat, cele mai mari debite de curgere au fost înregistrate pentru
grâu, şi debitul de curgere al al sorgului a fost cel mai redus
comparativ cu debitele celor patru tipuri de seminŃe cercetate
experimental la nivel redus al conŃinutului de umiditate (<15%).
Prin prelucrarea datelor numerice ale debitelor de curgere
obŃinute din rezultatele experimentelor efectuate raportate [5, 6]
acestea au fost expuse sub forma unor funcŃii putere ale
debitului de evacuare volumic mediu (Qmediu) faŃă de mărimea
diametrului hidraulic al orificiului de evacuare, de forma:
n
(7)
Q mediu = k ⋅ D h
unde k şi n coeficienŃi care au fost determinaŃi după
analiza datelor experimentale, ecuaŃiile de debit având
2
coeficienŃii de corelaŃie R ≥ 0,99 (v. Tabelul 1), [5, 6].
Prin aplicarea evaluarea diferenŃelor între debitele
medii de curgere măsurate (Qmediu) prin orificii de formă
circulară şi pătrată se propune astfel că relaŃia între debitul
de curgere al seminŃelor plantelor de cultură printr-un un
orificiu de formă geometrică circulară (Qc) şi debitul de
curgere printr-un orificiu de formă pătrată (Qp) situate în
plan vertical, ambele având acelaşi Dh este:
(8)
Qc = C f ⋅ Q p
where Cf = 0.72÷0.75, is representing a coefficient for
discharge orifice geometrical shape obtained through
reporting the average flow rates through circular orifices
at average flow rates through square orifices. (see Table
2). The average value Cf for effectuated tests was Cfm =
0.734.
This result is surprising the influence of orifice
geometrical shape, for the same value of Dh, about the
flow rate and is presented as a coefficient value for the
investigated crop seeds, numerically indicating that the
flow rate for an circular orifice having the characteristic
dimension the diameter is reduced by 72÷75% about the
value square orifice having the characteristic dimension
the side length - case of equality of hydraulic diameter for
the investigated geometrical shape.
3
The MS Excel plots of average flow rates [m /h]
experimentally measured, about hydraulic diameter of
discharge orifice [cm], (see Figure 1) are leading to the
2
following regression equations (R >0.99):
2 , 6699
(9)
Q = 0 , 0227 D
unde Cf = 0,72÷0,75, reprezintă un coeficient de formă
geometrică al orificiului de evacuare obŃinut prin
raportarea debitelor medii de curgere ale seminŃelor prin
orificii circulare la debitele medii de curgere ale
seminŃelor prin orificii pătrate (v. Tabelul 2). Valoarea
medie a Cf pentru testele efectuate a fost de Cfm = 0,734.
Acest rezultat surprinde influenŃei formei geometrice a
orificiului, pentru aceeaşi mărime a Dh, asupra debitului de
evacuare şi se prezintă sub forma unui coeficient valoric pentru
seminŃele plantelor de cultură investigate, indicând numeric faptul
că debitul de evacuare pentru un orificiu de formă circulară având
dimensiunea caracteristică diametrul este redus la 72÷75% faŃă de
valoarea debitului de evacuare pentru un orificiu de formă pătrată
cu dimensiunea caracteristică latura orificiului - cazul egalităŃii
valorilor diametrului hidraulic pentru formele geometrice considerate.
Reprezentările grafice efectuate in MS Excel ale
3
debitelor medii de curgere [m /h] măsurate experimental, faŃă
de diametrul hidraulic al orificiului de evacuare [cm], (v.
2
Figura 1) conduc la următoarele ecuaŃii de regresie (R >0.99):
2 , 6699
(9)
Q = 0 , 0227 D
mp
h
Q mc = 0 , 0165 D h
2 , 6738
(10)
where Qmp and Qmc are average flow rates for the circular
and respectively square shape orifice.
mp
h
Q mc = 0 , 0165 D h
2 , 6738
(10)
unde Qmc şi Qmp sunt debitele medii pentru orificiul de
formă circulară şi respectiv de formă pătrată.
Table 1 - Coefficients of equation for flow rate estimation, Q = k ⋅ D n , [5, 6] /
h
CoeficienŃii ecuaŃiei de evaluare a debitelor de evacuare, Q = k ⋅ D n , [5, 6]
h
Circular /
Circular /
Square /
Orifice shape / Forma orificiului
circulară
circulară
patrată
Grain types,
Moisture content [% wet base] /
k
n
k
Umiditate [% bază umedă]
Tipul seminŃelor
Low < 15% / Mică < 15%
0.0291
2.524
0.0380
Wheat / Grâu
High > 23% / Mare > 23%
0.0129
2.662
0.0181
Low < 17% / Mică < 17%
0.0117
2.783
0.0155
Corn / Porumb
High > 20% / Mare > 20%
0.0121
2.738
0.0185
Low < 18% / Mică < 18%
0.0182
2.619
0.0245
Sorghum / Sorg
Low < 12.3% / Mică < 12.3%
0.0123
2.757
0.0182
Soybeans / Soia
Square /
patrată
n
2.542
2.655
2.791
2.702
2.626
2.730
62
Vol. 28, No.2 /2009
The major limitation of the equation (7) for flow rates
evaluation is due to the fact that is not retaining the
influence of the geometrical shape of discharge orifice,
for the same Dh being different expressions of equation
for every type of investigated seeds. Extending the
results presented by Beverloo et. al. (1961) [2],
introducing a correction for discharge orifice geometrical
shape, we suggest that the flow rate for some of the crop
seeds through orifices is a function of hydraulic diameter
raised at a power of 2.67:
2 . 67
(11)
Q = K ⋅ Dh
Limitarea majoră a ecuaŃiei (7) de evaluare a
debitelor este datorată faptului că nu reŃine influenŃa formei
geometrice a orificiului de evacuare, pentru acelaşi Dh
existând expresii diferite ale ecuaŃiei pentru fiecare tip de
seminŃe investigate. Din extinderea rezultatelor bazate pe
analiza dimensională prezentate de Beverloo ş.a (1961),
[2], introducând o corecŃie pentru forma geometrică a
orificiului de evacuare, sugerăm că debitul seminŃelor
unor plante de cultură prin orificii variază cu diametrul
hidraulic ridicat la puterea 2,67:
2 , 67
(11)
Q = K ⋅ Dh
In the empirical mathematical model for the
3
evaluating the volume flow rate [m /h] function of
hydraulic diameter [cm], K is a constant which can be
experimentally determined. The analogism is leading to
the fact that the coefficient K, is representing as a whole
an coefficient which is including beside the material
characteristics also the influence of the geometrical
shape of discharge orifice and which have been
interpreted here as a value: K = 0.0227 for square orifice
shape and K = 0.0165 for circular orifice shape. For the
cases where broad sets of date are available regarding
the flow rates values for different orifice geometrical
shapes, the value of factor K can be proposed. The
relative errors between measured and evaluated data
have been calculated for each of the investigated
geometrical shape as:
În modelul matematic empiric propus pentru evaluarea
3
debitului volumic Q [m /h] prin orificii în funcŃie de
diametrul hidraulic [cm], K este o constantă ce poate fi
determinată experimental. RaŃionamentul conduce la
faptul că coeficientul K, reprezintă în ansamblul său un
coeficient care include pe lângă caracteristicile de material
şi influenŃa formei geometrice a orificiului de evacuare şi
care a fost interpretat aici valoric: K = 0,0227 pentru
orificiul de formă geometrică pătrată şi K = 0,0165 pentru
orificiul de formă geometrică circulară. Pentru cazurile în
care sunt disponibile seturi extinse de date referitoare la
valoarea debitelor înregistrate pe diferite forme geometrice
de orificii se poate propune după interpretarea datelor
valoarea K. Erorile relative între datele măsurate şi cele
evaluate au fost calculate pentru fiecare formă
geometrică investigată a orificiului de evacuare astfel:
Q cc − Q mmc
(12)
E rc =
Q cc − Q mmc
⋅ 100 [% ]
Q mmc
(12)
where Erc - relative error of calculated average flow rate
to average measured flow rate for circular orifice, Qcc the calculated average flow rate for circular orifice, Qmmc the calculated average flow rate for circular orifice.
E rc =
Q mmc
⋅ 100 [% ]
unde Erc - eroarea relativă a debitului mediu calculat faŃă
de debitul mediu măsurat, Qcc - debitul mediu calculat
pentru orificiul de formă circulară, Qmmc - debitul mediu
măsurat pentru orificiul de formă circulară.
Table 2 - Average flow rates of grains [5, 6] through vertical orifices, and non-dimensional rate of average flow rates of grains in respect with Dh /
Debitele medii de curgere ale seminŃelor [5, 6] prin orificii verticale, şi raportul adimensional al debitelor medii de curgere ale seminŃelor
în funcŃie de Dh
Grain / SeminŃe
Corn / Porumb
Corn / Porumb
Rate of Qmediu
circular to square orifice /
Qmediu circular orifice / Qmediu
Qmediu square orifice /
Dh
Raport Qmediu orificiu
orificiu circular
Qmediu orificiu pătrat
[cm]
circular la pătrat [-]
[m3/h]
[m3/h]
10.20
6.99
9.59
0.73
12.70
13.93
18.57
0.75
15.20
23.29
31.81
0.73
17.80
35.24
47.70
0.74
20.30
50.83
68.44
0.74
22.90
70.37
94.09
0.75
25.40
91.70
123.71
0.74
27.90
119.96
161.81
0.74
30.50
151.89
206.77
0.73
Grain / SeminŃe
Wheat / Grâu
Wheat / Grâu
10.20
9.85
13.45
0.73
12.70
18.40
24.48
0.75
15.20
28.85
39.23
0.74
17.80
42.33
58.00
0.73
20.30
59.23
80.60
0.73
22.90
79.08
109.40
0.72
25.40
103.33
141.80
0.73
27.90
131.88
180.03
0.73
30.50
162.00
220.60
0.73
Grain / SeminŃe
Sorghum / Sorg
Sorghum / Sorg
10.20
7.74
10.66
0.73
12.70
14.56
19.46
0.75
15.20
23.18
31.92
0.73
17.80
34.70
47.42
0.73
20.30
48.52
66.50
0.73
22.90
65.74
90.14
0.73
63
Vol. 28, No.2 /2009
25.40
27.90
30.50
Grain / SeminŃe
10.20
12.70
15.20
17.80
20.30
22.90
25.40
27.90
30.50
87.44
112.88
138.80
Soybeans / Soia
7.25
13.85
22.50
34.40
49.45
68.35
91.70
121.20
150.90
In the same manner have been determined for the
square orifice relative error of calculated average flow
rate to average measured flow rate Erp, where Qcp - the
calculated average flow rate for square orifice, Qmmp - the
calculated average flow rate for square orifice.
The calculated errors is showing that the evaluated
data using the model (11) about the flow rate through
orifice function only of hydraulic diameter although is
estimating with low errors (under 5%) in the majority of
the evaluated cases for some of the seeds types the
errors is depart from the low error values. It is not
possible to say that only for one seed type the model is
presenting large errors, although is an big incidence of
large errors for flow rates of wheat seeds. These
arguments is inciting to subsequent researches referring
to expressing of the seeds characteristics influence
about the flow rate.
120.52
153.50
191.00
Soybeans / Soia
10.10
18.80
31.25
47.45
67.15
92.05
123.15
161.50
206.20
0.73
0.74
0.73
0.72
0.74
0.72
0.72
0.74
0.74
0.74
0.75
0.73
În acelaşi mod a fost determinată eroarea relativă a
debitului mediu calculat faŃă de debitul mediu măsurat
pentru orificiul de formă pătrată - Erp, unde Qcp - debitul
mediu calculat pentru orificiul de formă pătrată, Qmmp debitul mediu măsurat pentru orificiul de formă pătrată.
Erorile calculate indică faptul că datele evaluate prin
modelul (11) referitoare la debitele de curgere prin orificii
în funcŃie numai de diametrul hidraulic deşi apreciază cu
erori mici (sub 5%) în majoritatea cazurilor evaluate
pentru anumite seminŃe erorile se depărtează mult de
valorile erorilor mici. Nu se poate spune că numai pentru
un anumit tip de seminŃe modelul prezintă erori mari de
calcul, deşi există o incidenŃă mare a erorilor mari pentru
debitele evaluate pentru seminŃele se grâu. Aceste
argumente îndeamnă şi către cercetări ulterioare
referitoare la exprimarea influenŃei caracteristicilor
seminŃelor asupra debitului de curgere.
Table 3 - Representative data about predicted average flow rates of seeds by model (11) /
Date reprezentative referitoare la debitul mediu evaluat al seminŃelor de modelul (11)
Erc,
Erp,
Dh,
Qmmc,
Qmmp,
[%]
[%]
[cm]
[m3/h]
[m3/h]
10.83
12.23
10.2
7.25
10.1
5.01
5.12
10.2
7.74
10.66
6.91
4.88
12.7
13.93
18.8
3.29
0.34
12.7
14.56
19.46
3.92
4.91
15.2
22.5
31.25
2.09
1.83
15.2
23.18
31.81
4.33
3.70
17.8
34.7
47.45
3.78
2.11
17.8
35.24
47.7
5.73
5.34
20.3
48.52
66.5
4.71
3.36
20.3
49.45
67.15
7.61
7.25
22.9
65.74
90.14
5.38
3.16
22.9
68.35
92.05
6.14
6.34
25.4
87.44
120.52
3.87
1.40
25.4
91.7
123.15
1.77
-0.41
27.9
119.96
161.5
1.57
-1.43
27.9
121.2
161.81
0.84
-0.22
30.5
151.89
206.77
-5.48
-6.45
30.5
162
220.6
Orificiu circular / Circular orifice
Orificiu pătrat / Square orifice
Forma orificiului de evacuare / : Orifice geometrical shape
3.29
4.97
Eroarea medie absolută*, [13] / Absolute average erorr*, [13]
4.96
6.79
Abaterea standard a modelului *, [13] / Standard error of estimate (SEE)*, [13]
* - pentru toate datele (v. Tabelul 2) / for all data (see Table 2).
The log plot of estimate average flow rate given by
suggested model (11) function of hydraulic diameter is
presented in Figure 2, for both orifice shapes circular and
square, function of measured average flow rate for
investigated seeds. From the experimental data plot is
ascertained that is plausible the hypothesis of existence
of an orifice minimum size - in this case Dh - for which
flow is blocked, as is presented in other studies
regarding granular material flow [7, 8, 9].
Reprezentările grafice logaritmice ale debitului mediu
estimat prin folosirea modelului propus (11) în funcŃie de
diametrul hidraulic sunt date în Figura 2, atât pentru
orificiul circular cât şi pentru cel pătrat, în funcŃie de
debitul mediu măsurat pentru seminŃele cercetate. Din
reprezentarea grafică a datelor măsurate se constată
faptul că este plauzibilă ipoteza existenŃei unei dimensiuni
minime a orificiului de evacuare - în cazul studiat a Dh pentru care curgerea seminŃelor să fie blocată, precum
apare în alte studii de curgere a materialelor granulare [7, 8, 9].
64
Vol. 28, No.2 /2009
Figure 1 - Qmp and Qmc regression equations of average flow rates for investigated seeds [5, 6] versus Dh /
EcuaŃiile de regresie Qmp şi Qmc pentru debitele medii de curgere ale seminŃelor investigate [5, 6] în funcŃie de Dh
Figure 2 - Predicted average flow rates seeds versus measured [5, 6] flow rates in respect with Dh /
Debitele medii de curgere evaluate ale seminŃelor faŃă de debitele măsurate [5, 6] în funcŃie de Dh
Using cubic spline interpolation cspline from
Mathcad Professional library [13] to model (11), it is
obtained flow rates values for uninvestigated
experimentally Dh values and it is reveal that for the
value Dh=2.05cm, of circular and also square orifice, the
flow rate is near to null value, aspect which is not
experimentally validated.
Prin aplicarea interpolării cubice cspline din biblioteca
Mathcad Profesional [13] modelului (11), se obŃin valori
ale debitului de curgere pentru valorile Dh pentru care nu
s-au facut experimente şi se relevă că pentru valoarea
Dh=2,05cm, atât pentru orificiul de formă circulară cât şi
pentru orificiul de formă pătrată, debitul este sensibil
apropiat de valoarea nulă, aspect nevalidat experimental.
Conclusions
The present paper is surprising the flow rates differences
recorded for the crop seeds flow [5, 6] through circular and
square orifice situated vertically and is quantify the influence
of the discharge orifice geometrical shape for the same
values of hydraulic diameter. The influence about the flow
rate through vertical orifices is expressed through a coefficient
of geometrical shape of the orifice, establishing a relation
between flow rates of seeds through circular and square
orifices: Q c = C f ⋅ Q p , where Cf = 0.72÷0.75.
Concluzii
Lucrarea surprinde diferenŃele de debit înregistrate
pentru curgerea seminŃelor [5, 6] prin orificiile de formă
circulară şi pătrată situate în plan vertical şi cuantifică influenŃa
formei geometrice a orificiului de evacuare pentru aceleaşi
valori ale diametrului hidraulic. InfluenŃa asupra debitului de
curgere prin orificii verticale este exprimată printr-un
coeficient de formă geometrică a orificiului, stabilind astfel o
relaŃie între debitele de curgere ale seminŃelor prin orificii
circulare şi pătrate: Qc = C f ⋅ Qp , unde Cf = 0,72÷0,75.
It is suggested in the ending that the seeds flow rates
through orifices are proportional to Dh power to 2.67 –
Se sugerează în final că debitele de curgere ale
seminŃelor prin orificii sunt proporŃionale cu Dh la puterea
65
Vol. 28, No.2 /2009
and is acknowledge the fact that for determination of a
correlation as (11) about flow rate, for establishment of
constant K it must be involved too some seeds
characteristics. The Pearson correlation ratio of
measured data to model calculated data - R [15], for both
orifice shapes is bigger than 0.99. In addition, is
suggested that is existing a minimum value of discharge
orifice, for which the seeds flow is no longer possible,
orifice size expressed via critical Dh which average value
mathematically founded based on investigated seeds for
proposed flow model is 2.5 cm.
2,67 – şi se admite faptul pentru determinarea unei relaŃii de
forma (11) asupra debitului de curgere, la stabilirea
constantei K trebuie să se implice de asemenea anumite
caracteristici ale seminŃelor. Raporturile de corelaŃie
Pearson ale datelor măsurate faŃă de datele calculate - R
[15], pentru ambele forme geometrice ale orificiului sunt mai
mari de 0,99. Se sugerează, în plus, că există o valoare minimă
a orificiului de evacuare, pentru care curgerea seminŃelor nu
mai este posibilă, mărime a orificiului exprimată prin intermediul
Dh critic a cărui valoare medie determinată matematic pentru
seminŃele pentru care s-a propus modelul este de 2,5 cm.
1. ASAE D2741 DEC96, ASAE STANDARDS 1998, pp.
535-536, 1998.
2. Beverloo W. A. et. al., The flow of granular solids through
orifices, J. Chem. Eng. Sci. 15(3), pp. 260-269, 1961.
3. Brown R. L., Richards J. C., Trans. Inst. Chem. Eng.
38, pp. 243, 1960.
4. Chang C. S., Converse H.H., Steele J. L., Flow rates
of grain through various shapes of vertical and horizontal
orifices, Transaction of ASAE, Vol. 34(4), pp. 1789-1796, 1991.
of grain through vertical orifices, Transaction of ASAE,
Vol. 33(2), pp. 601-606, 1990.
of grain through vertical orifices, Paper No. 88-6574 An
ASAE Meeting Presentation, pp. 1-22, 1988.
7. Davies C.E., Desai M., Blockage in vertical slots:
Experimental measurement of minimum slot width for a
variety of granular materials, Powder Technology 183,
pp. 436-440, 2008.
8. Drescher A., Waters A. J., Rhoades C. A., Arching in
hoppers: II. Arching theories and critical outlet size,
Powder Technol. 84, pp. 177-183, 1995.
9. Enstad G.G., A novel theory on the arching and
doming in mass flow hoppers, Dissertation, Chr.
Michelsen Inst., Bergen, Norwegen , 1981.
10. Fowler R.T, Glastonbury J.R, The flow of granular
solids through orifices, Chem. Eng. Sci. 10, pp. 150-156,
1959.
11. Jenike, A.W., Gravity flow of bulk solids, Bulletin No.
108, Utah Eng. Exp. Station, Univ. of Utah, Salt Lake
City, 1961.
12. Jenike, A.W., Storage and flow of solids, Bulletin No.
123, Utah Eng. Exp. Station, Univ. of Utah, Salt Lake
City, 1970.
13. MathSoft, Inc ©, 1986-1999.
14. Mohsenin N.N., Physical properties of plant and
animal materials, Gordon and Breach Science Publishers
NY, Vol. I., 1970.
15. Moise V., Maican E., Moise Ş.I., Metode numerice în
inginerie, Ed. Bren, Bucureşti 2003
16. Nedderman R.M., Savage S.B., Houlsby G.T., The
flow of granular materials – Discharge rate from hoppers,
Chemical Engineering Science, Vol. 37, No. 11, pp.
1597-1609, 1982.
17. Schwedes J., Schultze D., Powder Technol. 61, 1990.
18. Wang Y. J., Chung D. S., Spillman C. K., Gravity flow
characteristics of soybean meal, Transaction of ASAE,
Vol. 38(4), pp. 1179-1186, 1995.
66
Vol. 28, No.2 /2009
INFLUENCE OF THE NITROGEN AND PHOSPHORUS DOSES ON SOME PHYSIOLOGICAL
PROCESSES OT THE CROP HYBRID ORIZONT YEAR – 2007
/
INFLUENłA DOZELOR DE AZOT ŞI FOSFOR ASUPRA UNOR PROCESE FIZIOLOGICE LA
HIBRIDUL DE PORUMB ORIZONT ANUL- 2007
Dr. OLIMPIA PANDIA*, Prof. I.SARACIN*, Eng.F. STOIAN*, Prof. M.GHEORGHE**, Conf. F.GHEORGHE***
Abstract:
Among the main cultures, very important is the maize
culture which is compared to ‘cultures that have golden
beans’. Maize is considered nowadays one of the most
important cultivated plants for the agriculture of our
country, as well as on a global scale because of the
significant area that maize holds as well as high
productions/hectare that are obtained.
Because of its high capacity of adaptation to soil and
climate conditions as well as because of the ample
improvement process, maize culture has a spreading area
that guarantees the satisfaction of all requirements of every
county in our country, and, in many counties – mainly the
southern and the western ones – may accomplish
important availability in the case of our national economy.
The present work tries to establish the role of irrigation and
applying variable doses of Nitrogen and Phosphorous, it also tries
to ground, from the physiological point of view, the contribution of
each factor in achieving high quantitative and qualitative
productions. Within the experimental filed an important moment
was followed, respective the 8 full-grown leaves phase, and lab
tests were kept in order to perform physiological determinations.
After lab determinations of physiological processes
which took place in the case of this hybrid in two different
systems and after applying different doses of fertilizers, the
results where also graphically represented.
Rezumat:
Dintre culturile mari întâlnite, o importanŃă deosebită
este atribuită culturii porumbului, fiind comparate cu „culturi
cu boabe de aur”. Porumbul este considerat astăzi pe drept
cuvânt una din plantele cultivate de cea mai mare
importanŃă în agricultura Ńării noastre, ca şi pe plan mondial
datorită atât suprafeŃei însemnate pe care o ocupă, cât şi
producŃiilor mari la hectar ce se obŃin.
Datorită capacităŃii mari a acestei culturi de adaptare
la condiŃiile de climă şi sol, cât şi datorită procesului amplu
de ameliorare, cultura porumbului în Ńara noastră are o arie
de răspândire care asigură satisfacerea cerinŃelor din
fiecare judeŃ, iar în multe judeŃe – în principal cele din sud
şi din vest – se pot realiza însemnate disponibilităŃi pentru
nevoile economiei naŃionale.
Lucrarea de faŃă încearcă să stabilească rolul irigării
şi al aplicării azotului şi fosforului în doze variabile şi să
fundamenteze din punct de vedere fiziologic contribuŃia
fiecărui factor în obŃinerea unei producŃii cantitativ şi calitativ
superioare. In câmpul experimental a urmat un moment
important şi anume etapa 8 a frunzelor mature şi s-au
efectuat teste de laborator pentru a face dozări fiziologice.
După determinările în laborator a proceselor fiziologice
care au avut loc în cazul acestui hibrid în două sisteme
diferite şi după aplicarea diferitelor doze de îngrăşăminte,
rezultatele au fost de asemenea reprezentate grafic.
Keywords: correlation, research, interaction, graphic
representation, respiration, transpiration, photosynthesis,
assimilation, carotene
Cuvintele cheie: corelatie, cercetari, interactiune, reprezentare
grafica, respiratie, transpiratie, fotosinteza, asimilatie,
caroten.
MATERIAL AND METHOD
The study was performed using an ORIZONT maize
hybrid, when the 8 full-grown leaves became visible and
this hybrid was cultivated in the north-western part of Dolj
District, at Sarbatoarea, on chernozem, and both irrigated
and non-irrigated systems were a used,, after a precursory
wheat culture in 2007, and physiological analysis were
performed in order to point out the changes of the chemical
composition of plants when applying different dosage of NP.
Analysis were performed by using variants disposed in
four repetitions having as an example one row graduated
multi-staged plots of land method.
The sowed area of the variant is of 22.4 m², and its
density is of 50,000 plants / hectare. Analyses of soil were
effectuated at 0-25 cm and 23-34 cm. depth.
The experiment has in view two important factors:
Factor A: hybrid ORIZONT
B: irrigated, non-irrigated
C: applying the dosage of fertilizer
The study was performed using an Orizont maize
hybrid, when the 8 full-grown leaves became visible and
this hybrid was cultivated in the north-western part of Dolj
District, at Sarbatoarea, on chernozem, and both irrigated
and non-irrigated systems were a used, after a precursory
wheat culture in 2007, and physiological analysis were
performed in order to point out the changes of the chemical
composition of plants when applying different dosage of NP.
Analysis were performed by using variants disposed
in four repetitions having as an example one row graduated
multi-staged plots of land method.
The sowed area of the variant is of 22.4 m², and its
density is of 50,000 plants/hectare. Analyses of soil were
effectuated at 0-25 cm and 23-34 cm. depth.
The experiment pursues three factors:
I. factor A - Minerva hybrid;
II. factor B - irrigation system;non-irrigated;
III. factor C - the application of fertilizing dosage
RESULTS AND DISCUSSIONS
By combining the graduations of the three factors
resulted 20 variants disposed in 4 repetitions using the
divided one row multi-stage parcel method.
The disseminated area of the variant is 22.4 m²,
having a 50 000 plants/hectare density. Within the
experimental field two calendaristic important moments
were pursued, 8 leaves stage, withholding assays for
laboratory analysis for an estimation regarding
Prin combinarea graduărilor celor 3 factori au rezultat 20
variante dispuse în 4 repetiŃii după metoda parcelelor
subdivizate etajate pe un rând.
2
SuprafaŃa semănată a variantei este 22,4 m , având o
densitate 50.000 de plante la hectar. În câmpul
experimental s-au urmărit calendaristic două momente
importante, respectiv faza de 8 frunze şi faza de apariŃie a
vârfului paniculului, reŃinându-se probe pentru analizele de
67
Vol. 28, No.2 /2009
physiological processes.
Utilized work methods for physiological determinations
regarding maize plants:
determination of photosynthesis;
determination of net effective power of assimilation;
determination of chlorophyll pigmies;
determination of foliated surface parameter;
determination of absorption capacity was performed by
using the gravimetric method;
determination of suction force.
Mathematic calculation used for the interpretation of
experimental results.
In the interpretation and presentation of experimental
results, the analysis of variation represents one of the first
important systematization of information, of distinguishing
the contribution of different sources of variability.
A study of the relation between variables can be
performed by means of a statistical modern method as
correlation, simple linear regression, quadric regression, etc.
The correlation coefficient is a relative quantity which
does not depend on pints used for the respective variants.
The expenditure of fertilizers reared during the last
decades as fertilizers are acquired by using high fossil
energy consumption, and this is one of the reasons why
the way of administrating the production process in order to
acquiring maximum efficiency is of great interest.
laborator pentru determinările privind procesele fiziologice.
Metode de lucru utilizate pentru determinările
fiziologice la plantele de porumb:
- Determinarea fotosintezei;
- Determinarea randamentului net al asimilaŃiei;
- Determinarea pigmenŃilor clorofilieni;
- Determinarea indicelui suprafeŃei foliare;
- Determinarea capacităŃii de absorbŃie s-a efectuat prin
metoda gravimetrică ;
- Determinarea forŃei de sucŃiune.
Calculul matematic folosit la interpretarea rezultatelor
experimentale
În
interpretarea
şi
prezentarea
rezultatelor
experimentale, analiza varianŃei reprezintă doar o primă
fază importantă de sistematizare a informaŃiilor, de evidenŃiere a
aportului diferitelor surse ale variabilităŃii.
Studiul relaŃiei dintre variabile se poate face cu
ajutorul unor metode statistice moderne precum corelaŃia,
regresia lineară simplă, regresia pătratică, etc.
Coeficientul de corelaŃie este o mărime relativă care nu depinde
de unităŃile de măsură întrebuinŃate pentru variantele respective.
Cheltuielile cu îngrăşămintele au crescut în ultimele
decenii, pentru că se realizează prin consumul mare de
energie fosilă. Acesta este unul dintre motivele pentru care
modul de gestionare a procesului de producŃie, în vederea
dobândirii de eficienŃă maximă este de mare interes.
Acquired results regarding vegetable biomass in 2007
Orizont hybrid
The evolution of the photosynthesis process (Table 5.1.),
expressed in CO/dm² mg determined at the beginning, on
June, the 20th, presents a clear development between the
non-irrigated variant and the irrigated one, and a development
within the same variant also. An increase of photosynthesis
process by 20% toward the control in the case of irrigated
variant against the non-irrigated control is perceivable.
The optimum dosage, as we notice in figure 1a is
recorded in the case of irrigated variant, as maize doesn’t
react when using a significant dosage of Nitrogen and
Phosphorus (N120P100). The same fact is observable in the
case of static point of view , the regression curve presented
in figure 2a having a growing tendency to N100P80 dosage,
after that, this regression curve is plaiting in the case of nonirrigated variants R=0.957. For the same irrigated variant the
intensity of photosynthesis rises over 270 mg CO/dm² when
using the same fertilizer dosage presented earlier. The
correlation coefficient is 0.957 in this case (Figure 4.a).
Regarding the respiration process, expressed in
CO2/100 g.m.v. mg unimportant values are recorded on June,
20th, in non-irrigated and irrigated system also, the eliminated
dioxide quantity being of no interest in the case of studied
variables (Figure 1.b). The regression coefficient is static secured
0.7727 and its curve rises to the maximum value of N120P100
within non-irrigated system (Figure 5.2b). Within the irrigated
system, the regression curve has a lined tendency, and the
regression coefficient is static secured R=0.9767 (Figure 1b).
The absorption capacity determined by using g/H20
presents minimum values in the case of non-irrigated
system, excepting N80P60 variant, where the highest value
is 5,19 /H2O. As we speak of irrigated variants, the
difference is meaningful and it is static secured as the
content of fertilizers is rising (Figure 4.c).
In figure 4.c, respective non-irrigated system a slow
development of the absorption capacity is noticed as the
mineral
fertilizers
content
is
rising,
R=0.9687,
comparatively to irrigated variants where the absorption
capacity reaches the maximum value in the case of N100P80
variant, the correlation coefficient being of 0.7443.
The suction force (Figure 1.d) expressed in atmospheres
presents a rising tendency in the case of the first non-irrigated
Rezultate obŃinute privind acumularea biomasei vegetale
în anul 2007 a hibridului Orizont
EvoluŃia procesului de fotosinteză (Tabelul 5.1),
2
exprimată în mg CO/dm , determinată în primul moment,
respectiv 20 iunie, prezintă o creştere netă între varianta
neirigată şi cea irigată şi, de asemenea, în cadrul aceleiaşi
variante. Astfel se observă o creştere cu aproape 20% a
intensităŃii fotosintezei faŃă de martor la varianta irigată faŃă
de martorul neirigat.
Doza optimă aşa cum se observă în figura 1a este
înregistrată la varianta irigată, porumbul nereacŃionând la o
doză foarte mare de azot şi fosfor (N120P100). Acelaşi lucru
se observă şi din punct de vedere statistic, curba de
regresie din figura 2a având o tendinŃă de creştere până la
doza de N100P80, după care se aplatizează, pentru
variantele neirigate R=0,957. Pentru varianta irigată
intensitatea fotosintezei creşte atingând peste 270 mg
2
CO/dm la aceleaşi doze de îngrăşăminte administrate mai
sus. Coeficientul de corelaŃie, însă, este de 0,957 (Figura
4a).
În ceea ce priveşte procesul de respiraŃie, exprimat în
mg CO2/100 g m.v., se constată valori nesemnificative la
momentul 20 iunie atât la irigat cât şi la neirigat, cantitatea
de bioxid de carbon eliminată nefiind semnificativă în cazul
variantelor studiate (Figura 1b). Coeficientul de regresie
însă este asigurat statistic 0,7727, iar curba atinge
valoarea maximă la N120P100 în sistem neirigat (Figura
5.2b). În sistem irigat, curba de regresie are tentă liniară,
iar coeficientul este asigurat statistic (Figura 1b).
Capacitatea de absorbŃie, determinată în g/H2O,
prezintă valori minime la variantele neirigate cu excepŃia
variantei N80P60, la care se înregistrează cea mai mare
valoare de 5,19 g/H2O. În ceea ce priveşte variantele irigate,
diferenŃa este net semnificativă fiind asigurată statistic odată
cu creşterea conŃinutului în îngrăşăminte (Figura 4c).
În figura 4c, respectiv sistemul neirigat, se observă o
creştere lentă a capacităŃii de absorbŃie odată cu creşterea
conŃinutului în îngrăşăminte minerale, R = 0,9687,
comparativ cu variantele irigate la care capacitatea de
absorbŃie este maximă la varianta N100P80, coeficientul de
corelaŃie fiind de 0,7443.
ForŃa de sucŃiune (Figura 1d) exprimată în atmosfere
prezintă o tendinŃă de creştere la primele variante
68
Vol. 28, No.2 /2009
variants after that it begins to decline and it reaches 4.16 atm from
4.6 atm. In the case of variants to which irrigation was applied, the
most evident suction force was recorded to the irrigated control
and the influence of fertilizers did not affect the suction force.
The regression coefficient is static secured and has a
descendent tendency within non-irrigated system (Figure 4.d)
and it has an ascendant tendency within irrigation and applying
maximum dosage of fertilizers, R=0.9944 (Figure 5.d).
The chlorophyll pigmies represented by a, b
chlorophyll and carotene are influenced by irrigated variants
comparatively to non-irrigated ones (Figure 2).
A growth of a chlorophyll content is observable in the
case of irrigated variant, no matter what administrated
fertilizers dosage was used, significant values are noticed
when administrating N80P60 and N100P80 (Figure 2. a).
The regression coefficient, in the case of non-irrigated variant
is 0.9184 static secured (Figure 6.a) and, within the irrigated variant
a slight tendency of decrease when using maximum administrated
fertilizers (N120P100) (Figure 7.a) is perceivable.
B chlorophyll presents values of which fluctuation is low
no matter what dosage of administrated fertilizers is used,
an important parameter being irrigation applying which lead
to a significant increase of this assimilative pigmy (Figure
2.b).
neirigate, după care începe să scadă, ajungând de la 4,6 la
4,16 atm. La variantele la care s-a aplicat irigarea, forŃa de
sucŃiune cea mai evidentă s-a înregistrat la martorul irigat,
influenŃa îngrăşămintelor neafectând forŃa de sucŃiune.
Coeficientul de regresie este asigurat statistic şi are
alură descendentă în cazul sistemului neirigat (Figura 4d)
şi o alură ascendentă în cazul irigării şi aplicării unor doze
maxime de îngrăşăminte, R = 0,9944 (Figura 5.d).
PigmenŃii clorofilieni reprezentaŃi prin clorofila a, b şi
caroten sunt net influenŃaŃi de variantele irigate comparativ
cu cele neirigate (Figura 2).
Se observă o creştere a conŃinutului în clorofilă a la
varianta irigată, indiferent de dozele de îngrăşăminte
administrate, valori semnificative regăsindu-se la
administrarea N80P60 şi N100P80 (Figura 2a).
Coeficientul de regresie, la varianta neirigată, este
asigurat statistic 0,9184 (Figura 6a), iar la varianta irigată
se observă o tendinŃă uşoară de scădere la doza maximă
de îngrăşăminte administrată (N120P100) (Figura 7a).
Clorofila b prezintă valori a căror fluctuaŃie este slabă
indiferent de doza de îngrăşăminte administrată, un factor
important fiind în acest caz aplicarea irigaŃiilor care conduc
la o creştere semnificativă a acestui pigment asimilator (Figura
2b).
Table 1 - Influence of the nitrogen and phosphorus doses on some physiological processes ot the crop Hybrid Orizont, moment I, 2o june 2007 /
InfluenŃa dozelor de azot şi fosfor asupra unor procese fiziologice la hibridul de porumb Orizont, momentul I, 20 iunie 2007
Fig. 1 - Influence of the nitrogen and phosphorus doses on some physiological processes
ot the crop hybrid Orizont moment I, 2o june 2007 / InfluenŃa dozelor de azot şi fosfor asupra proceselor fiziologice la hibridul de
porumb Orizont-momentul I-anul 2007
69
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 2 - Influence of the nitrogen and phosphorus doses on the chlorofylian pigments on the crop Orizont hybrid moment I, 20 june 2007
/ InfluenŃa dozelor de azot şi fosfor asupra pigmenŃilor clorofilieni al hibridul de porumb Orizont-momentul I-anul 2007
Fig. 3 - Influence of the nitrogen and phosphorus doses on some physiological processes
to the crop hybrid Orizont moment I, 2o june 2007 /
InfluenŃa dozelor de azot şi fosfor asupra proceselor fiziologice la hibridul de porumb Orizont-momentul I-anul 2007
The regression curve is R=0.437 static secured
(Figure 6.b) within non-irrigated system, when irrigating the
correlation coefficient is of R=0.8915 when applying
maximum N120P100 dosage of fertilizers.
The carotene content doesn’t present meaningful
values toward the control, comparatively to the variants to
which fertilizers were applied. Irrigation, when applying
N80P60 and N100P80 leaded to a meaningful increase of this
pigmy (Figure 2.c).
The regression curve is ascendant 0.9436 static
secured, in the case of non-irrigated system of culture
(Figure 6.a). Irrigation combined to moderate fertilizers
dosage administering (N80P60) leaded to a maximum
obtained carotene quantity (Figure 7.c) instead. Correlation
coefficient in this case is R=0.9592 static secured.
The chlorophyll a/b report is in chlorophyll a favor, no
matter what applied dosage of fertilizers was used, and it
subsides in the case of variants to which irrigation was
applied. The lowest value of this report is recorded to
N80P60 variants (Figure 2.d), and within irrigated system
when applying N120P100 (Figure 6.d).
The correlation coefficient is static secured in the
case of irrigated system, R=0.9513 respective.
De asemenea, curba de regresie este asigurată
statistic R = 0,437 (Figura 6.b), în sistemul neirigat, în
cazul irigării coeficientul de corelaŃie fiind R = 0,8915, la
aplicarea dozei maxime de îngrăşăminte N120P100.
ConŃinutul în caroten nu prezintă valori semnificative
faŃă de martor, comparativ cu variantele la care s-au aplicat
îngrăşăminte. Irigarea, însă, în cazul aplicării N80P60 şi
N100P80 a dus la creşterea semnificativă a acestui pigment
(Figura 2c).
Curba de regresie este ascendentă, asigurată statistic
0,9513, în cazul sistemului neirigat de cultură (Figura 6.a).
În schimb, irigarea combinată cu administrarea de doze
moderate de îngrăşăminte (N80P60) a condus la obŃinea unei
cantităŃi maxime de caroten (figura 7.c). Coeficientul de
corelare, în acest caz, este de R = 0.9592 asigurat static.
Raportul de clorofilă a / b favorizează clorofila,
indiferent de dozele de îngrăşăminte aplicate şi descreşte
în cazul variantelor de irigare folosite. Cea mai mică
valoare a acestui raport s-a înregistrat pentru variantele
N80P60 (Figura 2.d), precum şi în sistem irigat, atunci când
se aplică N120P100 (Figura 6.d).
Coeficientul de corelaŃie este asigurat static în caz de
sistem irigat, R = 0.9513.
70
Vol. 28, No.2 /2009
Te total assimilative pigmies expressed by mg/dm²
increase from a 0.728 to a 0.759 value, within N0P0 nonirrigated variants and up to N100P80 (Figure 3.a). In the case
of irrigated variants the content of chlorophyll pigmies
increases when the fertilizers dosage increases, reaching
maximum values when administering N60P80 and N100P80.
2
Totalul pigmenŃilor asimilatori exprimaŃi în mg/dm ,
cresc de la 0,728 la 0,759, respectiv la variantele ne irigate
N0P0 şi până la N100P80 (Figura 3a). La variantele irigate
conŃinutul în pigmenŃi clorofilieni cresc cu doza de
îngrăşăminte, ajugând la valori maxime la administrarea
N80P60 şi N100P80.
Fig. 4 - The correlation between the doses of nitrogen and phosphorus applied to the non irrigated system and some physiological
processes at the Orizont crop hybrid, moment I, 20 june 2007 / CorelaŃia dintre dozele de azot şi fosfor aplicate în sistem neirigat şi
unele procese fiziologice la hibridul Orizont-anul 2007
Fig. 5 - The correlation between the doses of nitrogen and phosphorus applied to the irrigated system and some physiological
processes at the Orizont crop hybrid, moment I ,20 june 2007 / CorelaŃia dintre dozele de azot şi fosfor aplicate în sistem irigat şi unele
procese fiziologice la hibridul Orizont-anul 2007
Fig. 6 - The correlation between the doses of nitrogen and phosphorus applied on the non irrigated system and the chlorophylian
pigments at the Orizont crop hybrid, moment I ,20 june 2007 / CorelaŃia dintre dozele de azot şi fosfor aplicate în sistem neirigat şi
procese fiziologice ale pigmentilor clorofilieni la hibridul Orizont momentul I, 20 iunie -anul 2007
71
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 7 - The correlation between the doses of nitrogen and phosphorus applied on the irrigated system and the chlorophylian pigments
at the Orizont crop hybrid, moment I ,20 june 2007 / CorelaŃia dintre dozele de azot şi fosfor aplicate în sistem irigat şi procese
fiziologice ale pigmentilor clorofilieni la hibridul Orizont momentul I, 20 iunie -anul 2007
Fig. 8 - The correlation between the doses of nitrogen and phosphorus applied to the non irrigated system and some physiological
processes at the Orizont crop hybrid, moment I ,20 june 2007 / CorelaŃia dintre dozele de azot şi fosfor aplicate în sistem neirigat şi
unele procese fiziologice la hibridul Orizont-anul 2007
Fig. 9 - The correlation between the doses of nitrogen and phosphorus applied to the irrigated system and some physiological
processes at the Orizont crop hybrid, moment I , 20 june 2007 / CorelaŃia dintre dozele de azot şi fosfor aplicate în sistem irigat şi unele
procese fiziologice la hibridul Orizont-momentul I, 20 iunie - anul 2007
72
Vol. 28, No.2 /2009
From a mathematical point of view the regression
curve is ascendant, the correlation coefficient being
R=0.9949 (Figure 8.a) static secured within non–irrigated
system. When applying irrigation dosage a Gaussian type
of curve is observable and its maximum value of 0.86
mg/dm² is relevant in N80P60 case. The correlation
coefficient is R=0.8691 (Figure 9.a) static secured.
The foliar area parameter expressed by m²/m² varies
between tight limits (Figure 3.b), meaningful differences
being evidently within irrigated variants to which important
dosage of fertilizers like N100P60 and N120P100 were applied.
The regression curves mathematical calculated when
lacking irrigation reach maximum values when
administering N100P80, the correlation coefficient being of
R=0.75298107 (Figure 8.b). If irrigation and administering
fertilizers are applied simultaneously an ascendant increase is
noticed, the maximum value of the foliar area parameter, 1.66
m²/m² respective, is obtained at N120P100 (Figure 9.b).
The net administering rate of assimilation presents
evident values, once the fertilizers dosage increases its
maximum value is of 71g/m²/day and irrigation application
(Figure 3.c). Analyzing mathematical the regression curves
in irrigated and non-irrigated system also an ascendant
tendency is observable (Figures 8.c, 9.c), the correlation
coefficients being static secured in both cases.
Din punct de vedere matematic curba de regresie
este crescătoare, coeficientul de corelaŃie fiind asigurat
statistic R = 0,9949 (Figura 8a) în sistemul neirigat. La
aplicarea dozei de irigare se observă o curba de tip
2
gaussian a care-i valoare maximă de 0,79 mg/dm este
relevantă la N80P60. Coeficientul de corelaŃie este asigurat
statistic R = 0,8691 (Figura 9a).
2
2
Indicele suprafeŃei foliare exprimat în m /m , variază
în limite foarte strânse (Figura 3b), diferenŃe semnificative
evidenŃiindu-se la variantele irigate la care s-au aplicat şi
doze mari de îngrăşăminte cum ar fi N100P80 şi N120P100.
Curbele de regresie calculate matematic în lipsa
irigaŃiei ating valori maxime la administrarea N100P80,
coeficientul de corelaŃie fiind de R = 0,75298 (Figura 8b).
Dacă se aplică simultan atât irigarea cât şi administrarea
îngrăşămintelor observăm o creştere ascendentă, indicele
2
2
maxim al suprafeŃei foliare, respectiv 1,66 m /m
obŃinându-se la N120P100 (Figura 9b).
Rata netă a asimilaŃiei prezintă valori evidente atât
odată cu creşterea dozelor de îngrăşăminte, valoarea
2
maximă fiind de 71 g/m /zi cât şi cu aplicarea irigaŃiilor
(Figura 3c). Analizând matematic curbele de regresie atât în
sistem irigat cât şi în sistem neirigat se observă că acestea
au o alură ascendentă (Figura 8c, 9c), coeficienŃii de
corelaŃie fiind în ambele cazuri asiguraŃi statistic.
CONCLUSIONS
[1]. The combined influence between the variety and
technology of culture (applying irrigation and administering
proper dosage of fertilizers) determines modifications of the
main physiological features which may lead to an
optimization of technologies, viz. obtaining maximum
productions by rationally applying the dosage of fertilizers.
[2]. The simultaneous effects of applying irrigation by using
variable dosage of fertilizers were also studied; in the case
of the main physiological processes their effects are
dependent on them.
[3]. The combined influence of the system of culture
(irrigated, non-irrigated) as well as the applied dosage of
fertilizers determined noticeable quantitative differences in
the case of all qualitative features of Orizont hybrid.
[4]. We recommend for production Orizont hybrid, in condition
of irrigation and by applying the maximum dosage of
N120P100, and N100P80 for an economic efficiency.
CONCLUZII
[1]. InfluenŃa combinată între soi şi tehnologia de cultură (care se
aplică de irigare şi administrarea corespunzătoare dozelor
de ingrasaminte) determină modificări din principalele
caracteristici fiziologice care poate duce la o optimizare de
tehnologii, şi anume. obŃinerea de producŃii de maxim raŃional
de aplicare a dozelor de îngrăşăminte;
[2]. Simultană de a aplica efecte de irigare prin utilizarea
variabilei dozelor de ingrasaminte au fost de asemenea
studiat; în caz de principalele procese fiziologice, efectele lor
sunt dependente de ele;
[3]. Combinat de influenŃă a sistemului de cultură (irigate,
neirigate), precum şi a dozelor de îngrăşăminte aplicate
determinat observa diferenŃele cantitative, în cazul tuturor
caracteristicilor calitative ale Orizont hibrid;
[4]. Vă recomandăm de producŃie Orizont hibrid, în condiŃii
de irigare şi de aplicare a dozelor maxime de N120P100, şi
N100P80 pentru o eficienŃă economică.
1. GOIAN, M., ŞMULEAC A., ISIDORA RADULOV, CRISTEA
F., ALINA ANIłEI, 2004. The preliminary results regarding the
application of mineral fertilizers at the culture of fall wheat
(2002-2003). Scientifically papers. Faculty of Agriculture
XXXII. Ed. EUROBIT. Timişoara.
2. NEDELCIUC, C.,VATAMANU,V.,NEDELCIUC, MARIANA.,
2000. The fertilization influence on the quality and
energetic value of some agricultural crops systems. The
Dahlia Gridinger Symposium fertilizers and resourse management
for Food Security Quality and the Enviorement. Israel.
3. OLIMPIA PANDIA. Research Regarding the Effect of
Fertilizers upon Maize Production and Quality, Doctoral
dissertation, Timisoara, 2006.
4. SIMA E. Ecological Agriculture and Changing Perception
in the Case of Quantity and Quality, The Information and
Economic Reference Material Center, Bucharest, 2002.
73
Vol. 28, No.2 /2009
RESEARCHES REGARDING THE INFLUENCE OF FOLIAR CHEMICAL FERTILIZERS
PARTICULARITIES AT BIOLOGICAL AND MORPHOLOGICAL PEA KLEVEDON
/
CERCETĂRI PRIVIND INFLUENłA ÎNGRĂŞĂMINTELOR CHIMICE ŞI FOLIARE ASUPRA
PARTICULARITĂłILOR BIOLOGICE ŞI MORFOLOGICE LA MAZĂRE KLEVEDON
Dr. ing. OLIMPIA PANDIA*, Prof. SARACIN I*, Prof. M.GHEORGHE**, Conf. F.GHEORGHE***
*Faculty of Agriculture, University of Craiova, U.P. Bucharest**, University of Galati***
Abstract:
Origin from Asia Minor and Central Asia, the pea
(Pisum sativum L.) was cultivated in antiquity by Greek and
Romans in the south of Europe, where afterwards was
spread on the entire continent, and in our country was
th
brought in the XVII century.
The pea is cultivated on large surfaces for its seeds
rich in protein (23÷28%), carbon hydrates (46÷50%),
lecithin, vitamins and mineral salts of calcium, phosphor,
potassium etc. These are used as food for human and as
concentrate forage for animals.
The pea helps to establish the level of sugar in the
blood, it is situated among the aliments richest in B1
vitamin, and the pea consumption helps to reduce the risk
of apparition of heart diseases.
Rezumat:
Originară din Asia Mica şi Asia Centrală, mazărea
(Pisum sativum L.)a fost cultivată în antichitate de greci şi
romani în sudul Europei, unde apoi s-a răspândit în tot
continentul, iar în Ńara noastră este adusă în secolul al
XVII-lea.
Mazărea se cultivă pe suprafeŃe mari pentru
seminŃele sale bogate în proteină (23÷28%), hidraŃi de
carbon (46÷50%), lecitină, vitamine şi săruri minerale de
calciu, fosfor, potasiu etc. Ele sunt folosite ca aliment
pentru oameni şi ca furaj concentrat pentru animale.
Mazărea ajută la stabilizarea nivelului de zahăr din
sânge, se află printre alimentele cele mai bogate în
vitamina B1, iar consumul de mazăre ajută la reducerea
riscului apariŃiei bolilor de inimă.
Keywords: protein; carbon hydrates; lecithin, vitamins
Cuvintele cheie: proteină, hidraŃi de carbon, lecitină, vitamine
MATERIAL AND METHODS
The main objective of this paper was the research
and controlled study of the main physiological processes of
the garden pea, the type Kelvedon Wonder (Italy), with the
purpose of knowing adaptability the natural conditions in
the area.
In this purpose, was observed the special behaviour
of the garden pea Klevedon, at the meteorological
conditions that exist in this study (temperature, moist, light
intensity) determining physiological that took place:
photosynthesis, chlorophyll, perspiration, absorption and
index of the foliar surface. During the vegetation have been
realized observations regarding: moment of arising,
apparition of the first real leaves, dynamics of formation
leaves and their dimensions, the number of plant leaves,
formation of ramification of the roots, apparition of the floral
buds, opening flowers, formation of fruits and reaching full
maturity.
The experience was positioned at the Botanical Garden of
the University of Craiova, in 5 variants, according to the
randomised blocks, positioned in 3 repetitions:
Factor A- Type Kelvedon Wonder (Italy);
Factor B- fertilised with Amofos (Russia), N12%, P2O5 52%;
fertilized with Azomureş NPK 15%, 15%, 15%;
Factor C - fertilized with Bionat (foliar fertilization); fertilized
with Kalpak (foliar fertilization).
The planting was realized at 14.03.2008, in a soil with
pH 6,08, after in autumn was prepared by deep tillage (20
cm) and levelled for maintenance, and during spring was
minced before plantation, and the soil temperature was of
0
3,4 C. The plantation depth was of 7 cm, and the distance
between rows is of 12 cm.
Variants:
1. Witness;
2. Variant 2 . Fertilized with Amofos (Russia), N12%,
P2O5 52%
3. Variant 3 fertilized with Azomureş NPK 15%, 15%,
15%.;
4. Variant 4 fertilized with Bionat (foliar fertilization);
5. Variant 5 fertilized with Kelpak (foliar fertilization).
Obiectivul principal al acestei lucr[ri a fost cercetarea
şi studierea controlată a principalelor procese fiziologice a
speciei Mazăre de grădină, soiul Kelvedon Wonder (Italia), în
scopul cunoaşterii adaptabilităŃii la condiŃiile naturale din
zonă.
În acest scop, a fost urmărit comportamentul speciei
Mazăre de grădină Klevedon, la condiŃiile meteorologice
existente în zona de studiu (temperatură, umiditate, intensitate a
luminii) determinând procesele fiziologice care au avut loc:
fotosinteză, pigmenŃii clorofilieni, transpiraŃia, absorŃia şi
indicele suprafeŃei foliare. Pe durata vegetaŃiei au fost efectuate
observaŃii privind: momentul răsăririi, apariŃia primelor
frunze adevărate, dinamica formării frunzelor şi dimensiunile
acestora, numărul frunzelor pe plantă, formarea
ramificaŃiilor tulpinii, apariŃia bobocilor florali, deschiderea
florilor, formarea fructelor şi ajungerea la maturitate
deplină.
ExperienŃa a fost amplasată în Grădina Botanică a
UniversităŃii din Craiova, în 5 variante, după metoda
blocurilor randomizate, aşezate în 3 repetiŃii:
Factorul A - Soiul Kelvedon Wonder (Italia); Factorul B fertilizat cu Amofos (Rusia), N12%, P2O5 52%; fertilizat cu
Azomureş NPK 15%, 15%, 15%;
Factorul C - fertilizat cu Bionat (fertilizare foliară); fertilizat
cu Kelpak (fertilizare foliară).
Semănatul s-a efectuat pe data de 14.03.2008, într-un
sol cu un pH 6,08, după ce în toamnă a fost pregătit prin
arătură adâncă (20 cm) şi nivelat pentru întreŃinere, iar în
primăvară a fost bine mărunŃit înainte de semănat, iat
0
temperatura solului a fost de 3,4 C. Adâncimea de semanat a
fost de 7 cm, iar distanŃa între rânduri 12 cm.
Variantele:
1. Martor;
2. Varianta 2 . fertilizat cu Amofos (Rusia), N12%, P2O5
52%
3. Varianta 3 fertilizat cu Azomureş NPK 15%, 15%,
15%.;
4. Varianta 4 fertilizat cu Bionat (fertilizare foliară);
5. Varinta 5 fertilizat cu Kelpak (fertilizare foliară).
74
Vol. 28, No.2 /2009
RESULTS AND DISCUSSION
After the determination of the chemical characteristics in the soil from
the area of study have been obtained the following information (chart 1).
Phonological observations. The arisen took place
at 29.03.2008, afterwards have been applied several
protection works (weed) for extirpation of the herbs, when
these were 8 cm height. The first real leaves appeared
after 5 days and the administration of Amofos fertilization
dressing for variant 2 and Azomures for variant 3.
During April month, took place the formation of the
stem, of the vegetative mass and of the root that starts to
be pivoting, with numerous lateral ramifications on which
will be found nodes. There will be realized treatments with
foliar fertilisers (variant 4, fertilised with Binate and variant
5 fertilised with Kalpak).
Complex fertilizers give good results in the first vegetation
phases, in comparison with the foliar ones, afterwards the
application of the foliar ones begin to give better results.
Under the aspect of dynamics of increasing in
height, we can observe that this assessed slowly at the
beginning of the vegetation, especially at the foliar fertilised
th
variants (15-30 April), and at 7
May, date that
corresponds to a number of 38 days from planting, the
plants reached a height of 40 cm.
During the second intense growth that is developed
during a period of 32 days, it was necessary the
administration of a herbicide Pivot 0,7 l/ha, being prevent
the Môn dicotyledonous and dicotyledonous.
The stems from variants 4 and 5 reached the height
of 90 cm, and variant 2-3 at 80 cm. The number of
interclass up to the first hull at variants 4-5 is of 8 and
variants 2-3 is of 7. The total number of interclass is at
variants 4-5 of 17 and the 2-3 variants of 16.
The leaves are green and of ovoid form, the flower is
white, their opening starting at the basis of the plant, the
pollen was released from the opening of the flowers.
At this type, the flowers opened between hours 9 and
18, remaining open for a period of 3 days. The blooming
period is of 10 – 22 days, and the hull are a little curved,
with lumpish edge of 6 and respective 5 cm, that contain 46 beans, that are small, round, even and of green colour.
După determinarea însuşirilor chimice ale solului din
zona de studiu s-a obŃinut următoarele date (tabelul 1).
ObservaŃii fenologice. Răsărirea mazărei a avut loc pe data
de 29.03.2008, după care s-au aplicat mai multe lucrări de
îngrijire (plivit) pentru îndepărtarea buruienilor, când acestea
aveau 8 cm înălŃime. Primele frunze adevărate au apărut
după 5 zile şi administrarea de îngrăşămite fertilizante Amofos
pentru varianta 2 şi Azomureş pentru varianta 3.
În luna aprilie au avut loc formarea tulpinii, a masei
masive vegetative şi rădăcinii care începe să fie pivotantă,
cu numeroase ramificaŃii laterale pe care se găsesc
nodozităŃile. Se fac tratamente cu fertilizanŃi foliari,(
varianta 4 fertilizată cu Bionat şi varinta 5 fertilizată cu
Kelpak).
Îngrăşămintele complexe dau rezultate bune în
primele faze de vegetaŃie faŃă de cele foliare, după care
aplicarea foliarelor începe să dea rezultate mai bune.
Sub aspectul dinamicii creşterii în înălŃime, se
poate observa că aceasta a evoluat lent la începutul
vegetaŃiei, în special la variantele fertilizate foliar (15-30
aprilie), iar în data de 07 mai , dată ce corespunde unui
număr de 38 de zile de la semănat, plantele au ajuns la o
înălŃime de 40 de cm.
În a doua etapă de creştere intensă derulată pe
parcursul a 32 de zile, a fost necesară administrarea unui
erbicid Pivot 0,7 l/ha, fiind combătute monodicotiledonatele şi
dicotiledonatele.
Tulpinile la variantele 4 şi 5 au atins înălŃimea de 90
cm, iar varianta 2-3 la 80cm. Numărul de internodii până la
prima păstaie la variantele 4-5- este de 8 iar variantele 2-3
este de 7. Numărul total de internodii este la variantele 4-5
de 17 iar la variantele 2-3 de 16.
Frunzele sunt verzi şi de formă ovală, floarea este
albă, deschiderea lor începând de la baza plantei, polenul
a fost pus în libertate încă de la deschiderea florilor.
La acest soi, florile s-au deschis între orele 9 şi 18,
rămânând o perioadă de 3 zile deschise. Perioada de înflorire
este de 10-22 de zile, iar păstăile sunt puŃin curbate, cu vârful
obtuz de 6 şi respectiv 5 cm, care cuprind între 4-6 boabe, care
sunt mici, rotunde, netede şi de culoare verde.
Table 1 - Chemical characteristics of the experimented soil from the Botanical Garden, Craiova /
Însuşirile chimice ale solului experimentat din Grădina Botanică, Craiova
Var.
1
2
3
4
5
N%
0,195
0,259
0,266
0,252
0,250
P2O5
16,32
24,96
30,4
31,36
31,30
Figure 1 - The first phenofase observations once
with the administration of the fertilization dressing /
Primele observaŃii fenofazice odată cu
administrarea îngrăşămintelor fertilizante
K2O
6,5
9,0
8,0
6,5
6,3
H%
3,48
4,2
4,68
4,59
4,56
Ah
0,52
0,87
0,87
0,52
0,51
SB
34
30
32
24
22
pH
6,08
6,04
6,02
6,01
6,01
Figure 2 - Variants of peas fertilized with
Azomureş and Amofos /
Variantele de mazăre ferilizate
cu Azomureş şi Amofos
75
Vol. 28, No.2 /2009
Figure 3 - Variants of peas fertilized with Bionat and Kelpak /
Variantele de mazăre ferilizate cu Bionat şi Kelpak
A special particularity is that of the roots, for all
variants, that developed up to a depth of 45 cm and the
lateral roots exceeded 50-60 cm, being covered with
nodosities. These nodosities have been spread more on
the lateral roots of first order and towards the basis of the
root.
th
When 75% of the hulls reached full maturity (10
June), pea plants have been harvested. During this period
have been obtained numerous information regarding the
development of the vegetative mass during a period of 70
days for those 5 variants, this way:
Figure 4 - Pea plants reached in the period of inflorescence at all variants
Plantele de mazăre ajunse în perioada de inflorescenŃă
la toate variantele
O particularitate deosebită o au rădăcinile, pentru
toate variantele, care s-au dezvoltat până la 45 cm
adâncime iar rădăcinile laterale au depăşit 50-60 cm fiind
acoperite cu nodozităŃi. Aceste nodozităŃi au fost mai
răspândite mai mult pe rădăcinile laterale de ordinul întâi şi
spre baza rădăcinii.
Când 75% din păstăi au ajuns la maturitatea deplină
(10 iunie), plantele de mazăre au fost recoltate. În această
perioadă au fost obŃinutee numeroase date cu privire la
dezvoltarea masei vegetative pe o perioadă de 70 de zile
pentru cele 5 variante, astfel:
Figure 5 - Root when the plant was in the period of formation of blossom /
Rădăcină când planta era în perioada de formare a inflorescenŃei
Table 2 - The main phonologic information depending on used fertilizers /
Principalele observaŃii fenologice în funcŃie de fertilizanŃii folosiŃi
Nr.
Var.1
Var.2
Var.3
Var.4
Var.5
Raising
Seeding/ moment /
Data
Semănat
răsărit
14.03.
14.03.
14.03.
14.03.
14.03.
29.03
29.03
29.03
29.03
29.03
Fertilized /
Fertilizat
Martor
Amofos
Azomureş
Bionat
KelpaK
Moment of
First
Total
apparition of
interclass / interclass /
first leaves /
Primele
Total
Data apariŃie
internodii internodii
primele frunze
07.04
05.04
04.04
06.04
06.04
10.04
07.04
06.04
08.04
08.04
13
16
16
17
16
Date of the
blossom
period /
Data
perioadei
înflorire
17.04
15.04
14.04
13.04
13.04
Average
length of Height of the
the hull /
plant /
Lungime ÎnălŃimea
plantei
medie a
păstăii
4 cm
65/70cm
5 cm
80 cm
6 cm
80/85cm
6 cm
90 cm
5-6cm
85/90cm
Figure 6 - The chlorophyll physiological processes /
Procesele fiziologice ale pigmentilor clorofilieni
76
Vol. 28, No.2 /2009
Table 3 - Chlorophyll physiological processes influenced by fertilizing /
Procesele fiziologice ale pigmentilor clorofilieni
Control
variant /
Varianta
Martor
V1
V2
V3
V4
Processe physiological / Procese fiziologice
Chlorophyll A /
Chlorophyll B /
Carotene /
Clorofila A
Clorofila B
Caroten
7,42
6,31
1,77
6,84
5,78
1,35
6,89
5,35
1, 40
7,42
6,31
1,77
6,64
13,70
1,12
In the first, as well in the second period, physiological
estimations regarding the chlorophyll physiological processes
were carried out, the samples being taken from the pea leaves.
Therefore, the results of the studied factors led to the
conclusion that also the no irrigated pea, due to optimum
temperatures and rain falling in this period, had a proper
development, and the physiological processes that took
place in the plant had good results in the control variant,
but also in the plants treated with foliar fertilizers, especially
with Kelpack and Azomures N15%; P 15%; K 15%.
În prima etapă, precum şi în cea de-a doua, s-au făcut
estimări cu privire la procesele fiziologice ale clorofilei,
probele fiind luate din frunze de mazăre.
De aceea, rezultatele factorilor studiaŃi au dus la
concluzia că atât
mazărea neirigată, datorită unor
temperaturi optime şi a ploii din această perioadă, a avut o
buna dezvoltare, iar procesele fiziologice care au avut loc
în plantă au avut rezultate bune în varianta controlată, cât
şi plantele tratate cu îngrăşăminte foliare, în special cu
Kelpack şi Azomures N15%; P 15%; K 15%.
CONCLUSIONS
1. As a result of the phenophase determination, on the
experimented soil is recommended the culture of early pea, as
it gives better results up to apparition of high temperatures.
2. Seeding in a tillage that was correctly realized during autumn
and at the depth of 20 cm, will realize increment in the
production in comparison with the tillage realized during spring.
3. There are recommended early types, especially the ones
planted in the first half of March.
4. Early forms of peas are accordingly to the droughty regions
from the south and south –west of the country, when are
cultivated in not wetted system.
5. The usage of the foliar is mentioned only after the first
floors with interclass have been formed.
6. The type Kelvedon Wonder (Italy), s-was adapted to the
existent climate and soil conditions, is indicated to be taken
into consideration for early spring cultures.
CONCLUZII
1. În urma determinărilor fenofazice, este recomandat pe
solul experimentat cultura de mazăre timpurie, deoarece
dă rezultate bune până la apariŃia temperaturilor înalte.
2. Semănatul în arătură corect executată toamna şi la
adâncimea de 20 cm, va realiza sporuri de producŃie faŃă
de arăturile executate primăvara.
3. Sunt recomandate soiurile timpurii în special cele
semănate în prima jumătate a lunii martie.
4. Formele timpurii de mazăre sunt potrivite regiunilor mai
secetoase din sudul şi sud – vestul Ńării, când sunt cultivate
în sistem neirigat.
5. Folosirea foliarelor este indicată numai după ce s-au
format primele etaje cu internodii .
6. Soiul Kelvedon Wonder (Italia), s-a adaptat condiŃiilor de
climă şi sol existente, este indicat de luat în considerare
pentru culturile de primăvară timpurii.
1. Hansen J., Organic farming is a small but dynamic
activity in UE, Organic Farming Statistics in focus nr.
5/2001, EUROSTART.
2. Pandia Olimpia, 2006 - Research Regarding the Effect
of Fertilizers upon Maize Production and Quality. Doctoral
dissertation, Timisoara.
3. PANDIA OLIMPIA., 2004. The Study of the intensity of
various physiological processes (photosynthesis) on some
corn hybrids, by applying different doses of N.P. (Annals
University of Craiova, Vol. XXXIV. 2004. Craiova)
4. Sima E., 2002 - Ecological Agriculture and Changing
Perception in the Case of Quantity and Quality. The
Information and Economic Reference Material Center, Bucharest.
77
Vol. 28, No.2 /2009
POSIBILITY TO USING SOIL ELECTRO-CONDUCTIVITY FOR THE AREA LOCALIZATION
WITH LOW YIELD
/
POSIBILITĂłI DE UTILIZARE A ELECTRO-CONDUCTIVITĂłII SOLULUI PENTRU
LOCALIZAREA ZONELOR CU PRODUCTIVITATE SCĂZUTĂ
ing. Voicea Iulian, dr. ing. VlăduŃ Valentin, ing. Matache Mihai,
- INMA Bucharest, Romania Abstract. Electro-conductivity of soil has an important
role in improving the culture techniques of precision
agriculture, in order to achieve maximum production
from any surface. In the last 20 years were sought and
identified new techniques and methods to increase
productivity, obtain higher yields and on any surface, in
the context of population growth and demand for food
from year to year, while reducing agricultural areas
many of them based on the use of electro-conductivity.
Rezumat. Electro-conductivitatea solului are un rol important în
perfecŃionarea tehnicilor de cultură în agricultura de precizie, în
vederea obŃinerii unor producŃii maxime de pe orice suprafaŃă. În
ultimii 20 de ani s-au căutat şi identificat noi tehnici şi metode
pentru creşterea productivităŃii, obŃinerea unor producŃii cât mai
ridicate de pe orice suprafaŃă, în contextul creşterii populaŃiei şi a
cererii de hrană de la an la an, concomitent cu reducerea
suprafeŃelor agricole, multe dintre acestea bazându-se pe
utilizarea electro-conductivităŃii.
Keywords: soil, electro-conductivity, precision agriculture
Cuvinte cheie: sol, electro-conductivitate, agricultură de precizie
1. THE SOIL PROPERTIES INFLUENCE ON ELECTROCONDUCTIVITY (EC)
Electrical conductibility (EC) in soil occurs in the
layer of water that fills the space between soil particles [1,
2, 7].
Conductibilitatea Electrical (EC) is influenced by soil
properties dominated namely:
• Mechanical properties of soil:
Texture;
Structure;
Characterization and classification of grain
factions;
Consistency and plasticity;
Compressibility.
• Physical properties of soil:
Density and porosity;
Compaction;
Humidity;
Soil temperature.
• Chemical properties of soil:
Chemical composition of soil solution;
Coloizii soil;
Adsorption
capacity
(cationic
exchange
capacity);
Reaction (pH) soil: current and potential acidity;
The ability of soil plugging.
1. INFLUENłA PROPRIETĂłILOR SOLULUI ASUPRA
ELECTRO-CONDUCTIVITĂłII (EC)
Conductibilitatea electrică (CE) în sol se produce în
stratul de apă care umple spaŃiul dintre particulele de sol
[1, 2, 7].
Conductibilitatea electrică (CE) este influenŃată de
următoarele proprietăŃi dominate ale solului si anume:
•
ProprietăŃile mecanice ale solului:
- textura;
- structura;
- caracterizarea
şi
clasificarea
fracŃiunilor
granulometrice;
- consistenŃa şi plasticitatea;
- compresibilitatea.
•
ProprietăŃile fizice ale solului:
- densitatea şi porozitatea;
- gradul de tasare;
- umiditatea;
- temperatura solului.
•
ProprietăŃile chimice ale solului:
- compoziŃia chimică a soluŃiei solului;
- coloizii solului;
- capacitatea de adsorbŃie (capacitatea de schimb
cationic);
- reacŃia (pH-ul) solului: aciditatea actuală şi potenŃială;
- capacitatea de tamponare a solului.
2. MECHANICAL PROPERTIES OF SOIL
♦ The soil as a physical
Physically, soil can be defined as a heterogeneous,
polyphase, dispersed, and porous structure.
is a heterogeneous system because some of the
features in the mass range of soil and even in the
one of its components.
is a polyphase system, the composition of being
represented three main phases: solid, liquid and
gas.
Variability characteristics mentioned in profile, in
agreement with the factors and processes pedogenetice
with layers and horizons of the profile is very pronounced
in some soils, for example luvisoluri (podzolice soil) or in
some soils aluviale as can be seen from Figure 1 where
we are the main types of land in Romania, it often has a
decisive influence on the physical progress of schemes in
the ground on its productive capacity and ultimately the
influence of soil physical factors in crop plant growth [5].
2. PROPRIETĂłILE MECANICE ALE SOLULUI
♦ Solul ca sistem fizic
Din punct de vedere fizic, solul se poate defini ca fiind un
sistem heterogen, polifazic, dispers, structurat şi poros.
este un sistem heterogen deoarece unele dintre
caracteristici variază în masa solului şi chiar în
cuprinsul uneia dintre componentele lui.
este un sistem polifazic, în alcătuirea lui fiind reprezentate
cele trei faze principale: solidă, lichidă şi gazoasă.
Variabilitatea caracteristicilor amintite pe profil, în
acord cu factorii şi procesele pedogenetice, cu orizonturile
şi straturile componente ale profilului, este foarte
accentuată în unele soluri, ca de exemplu în luvisoluri
(soluri podzolice) sau în unele soluri aluviale aşa cum se
poate observa din figura 1 unde ne sunt prezentate
principalele tipuri de sol din România, acestea având o
influenŃă adesea hotărâtoare asupra modului de
desfăşurare a regimurilor fizice în sol, asupra capacităŃii
lui productive şi în final asupra influenŃei factorilor fizici din
sol din creşterea plantelor de cultură [5].
78
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 1 - Soil map (conf / FAO UNESCO) / Harta solurilor (conf. FAO/UNESCO)
Fig. 2 - Soil Map of Romania / Harta solurilor din România – scara 1:1.000.000
♦ Textura and lair
♦ Textura şi structura solului
Composition of soil solid phase is quite complex in
terms of physical, chemical and mineralogical. Aspects
particularly interested in physical size of elementary
particles of soil. By elementary particle (primary particle)
is a solid mineral particle silicatică can not be divided, in
other smaller particles by physical or chemical
treatments simple, but the crunch and dispersion.
Classification of soil texture shown in Figure 3 is
essential to know the characteristics of their physical,
agronomic, ameliorative, etc.
Alcătuirea fazei solide a solului este destul de
complexă din punct de vedere fizic, chimic şi mineralogic.
Sub aspect fizic interesează îndeosebi mărimea particulelor
elementare ale solului. Prin particulă elementară (particulă
primară) se înŃelege o particulă solidă minerală silicatică care
nu poate fi divizată, în alte particule mai mici prin tratamente
fizice sau chimice simple, ci numai prin sfărâmare şi dispersie.
Clasificarea texturală a solurilor prezentata în figura
3 este esenŃială pentru cunoaşterea însuşirilor lor fizice,
agronomice, ameliorative, etc.
Fig. 3 - Map classes of soil texture in Romania /
79
Vol. 28, No.2 /2009
Harta claselor de textura a solului din România (scara 1:1.000.000)
In classification morfogenetică formalized in the vast
majority of Romania genetic soil types can have any, or
almost any texture depending on the litologice were
formed (the rock solification). Exceptions are by definition
particular vertisoils (clay) and psamosolurile (sandy or
sandy-clayey). Criterion texture occurs in the family and
species of soil, after class, type, subtype and variety, but
believes that his place is somewhat underestimated.
În clasificarea morfogenetică oficializată în prezent în
România marea majoritate a tipurilor genetice de sol pot avea
orice, sau aproape orice textură în funcŃie de condiŃiile litologice
în care s-au format (roca de solificare). ExcepŃie fac prin definiŃie
îndeosebi vertisolurile (argiloase) şi psamosolurile (nisipoase sau
nisipo-lutoase). Criteriul textură intervine la nivelul familiei şi
speciei de sol, după clasă, tip, subtip şi varietate, dar se
apreciază că locul lui este în oarecare măsură subestimat.
• Characterization and classification of grain factions
Until now there is a definition of factions grain, ie a
scale of elementary particle size of the ground, supported
unanimously. This is explained by historical reasons and
partly due to the specific soil in those areas. Different
grain size scales are based on arguments related to the
amendment to certain steps of size of ownership of land
and some methodological considerations of order.
Clay fraction is practically the only grain that - in
addition to the organic soil - shows such as acquiring
water absorption (water retention property and
inaccessible plant) and cationic change, adhesion,
plasticity, and gonflarea contraction, the heat of wetting.
At the same time it presents, in a position much higher
than other grain size fractions, some ownership, such as
water retention, more or less mobile, cohesion, the ability
of structural elements of training, by aggregating the
elementary particles of soil. Clay also confers reduced
permeability and aeration.
♦ Caracterizarea şi clasificarea fracŃiunilor granulometrice
• Consistency and plasticity
At different moisture conditions and the strength of
the relationship between solid particles differ, and
therefore differ in overall behavior of the soil. These
features define the consistency of soil. Through the range
of moisture possible, from the smallest to the largest, can
separate multiple forms of consistency: hard, friable,
plastic neadezivă, plastic adhesive, flow. Forms of
consistency are separated by some characteristic values
of moisture, called consistency limits: the limit of
contraction, the limit of kneading (or lower limit of
plasticity), the limit of adhesion, flow limit (or upper limit of
plasticity).
Between states and the limits of consistency,
attention to the consistency of plastic and the two limits
(for kneading and flow) which delimit. The difference
between these two limits, so the size range of moisture
along the soil texture is plastic, is called plasticity index.
Determining the limits of consistency is, by definition,
on samples of soil amended with the settlement, to
understand behavior in field soil at different forms of
consistency is useful to compare the limits of consistency
with some indices hydro. Particularly interested in the limit
of unrest in which the ground in general presenting
optimal consistency. It is most often near the ceiling of
minimum humidity, except soil nisipo-luto-lutoase and
sandy tasate, which lies just above the field capacity.
• Compresibilitatea
In geotechnics is widely used notion of
compresibilitate or relationship task - porosity. In order to
determine this relationship, the sample of soil is subject to
special devices progressive tasks, recorded in the same
change (decrease) sample height as a result of tasării, the
task of determining which test to give ground, it breaks as
well and internal friction and other mechanical
parameters. There are several types of such
determinations: compresibilitate test on samples
Până în prezent nu există un sistem de definire a fracŃiunilor
granulometrice, adică o scară de dimensiuni ale particulelor
elementare de sol, unanim acceptat. Aceasta se explică prin
motive istorice şi în parte determinate de specificul solurilor din zonele
respective. Diferitele scări granulometrice au la bază argumente
legate de modificarea la anumite trepte de dimensiuni a unor
însuşiri ale solului, precum şi unele considerente de ordin metodologic.
Argila este practic singura fracŃiune granulometrică
care - pe lângă partea organică a solului - prezintă astfel
de însuşiri cum este absorbŃia apei (reŃinerea apei imobile
şi inaccesibilă plantelor) şi a cationilor schimbabili, adeziunea,
plasticitatea, contracŃia şi gonflarea, căldura de umezire.
În acelaşi timp, ea prezintă, în măsură mult mai mare
decât celelalte fracŃiuni granulometrice, unele însuşiri,
precum reŃinerea apei, mai mult sau mai puŃin mobile,
coeziunea, capacitatea de formare a elementelor structurale,
prin agregarea particulelor elementare ale solului.
Totodată argila conferă permeabilitate şi aerare redusă.
♦ ConsistenŃa şi plasticitatea
La diferite stări de umiditate modul şi tăria de
legătură dintre particulele solide diferă, şi în consecinŃă
diferă comportarea în ansamblu a solului. Aceste
caracteristici definesc consistenŃa solului. Parcurgând
gama de umidităŃi posibile, de la cele mai mici la cele mai
mari, se pot separa mai multe forme de consistenŃă: tare,
friabilă, plastică neadezivă, plastică adezivă, de curgere.
Formele de consistenŃă sunt separate de anumite valori
caracteristice ale umidităŃii, numite limite de consistenŃă:
limita de contracŃie, limita de frământare (sau limita
inferioară de plasticitate), limita de adeziune, limita de
curgere (sau limita superioară de plasticitate).
Dintre stările şi limitele de consistenŃă, atenŃie deosebită sa acordat consistenŃei plastice şi celor două limite (de frământare
si de curgere) care o delimitează. DiferenŃa dintre aceste două
limite, deci mărimea intervalului de umiditate de-a lungul căruia
solul are consistenŃă plastică, se numeşte indice de plasticitate.
Limitele de consistenŃă determinându-se, prin definiŃie,
pe probe de sol cu aşezare modificată, pentru a înŃelege comportarea
în câmp a solului, la diferite forme de consistenŃă este utilă
compararea limitelor de consistenŃă cu unii indici hidrofizici.
Interesează în mod deosebit limita de frământare la care
solul prezintă în genere consistenŃă optimă. Ea se situează,
cel mai adesea, aproape de plafonul minim al umidităŃii,
cu excepŃia solurilor nisipo-lutoase şi luto-nisipoase tasate, în
care se situează chiar deasupra capacităŃii din câmp.
♦ Compresibilitatea
În geotehnică se utilizează pe scară largă noŃiunea de
compresibilitate, sau relaŃia sarcină - porozitate. În vederea
determinării acestei relaŃii, proba de sol este supusă în
aparate speciale unor sarcini progresive, înregistrându-se în
paralel modificarea (descreşterea) înălŃimii probei, ca urmare
a tasării, determinându-se sarcina la care proba de sol
cedează, se rupe, precum şi frecarea internă şi alŃi parametri
mecanici. Există mai multe tipuri de astfel de determinări: testul de
compresibilitate pe probe neprotejate, testul de compresibilitate
80
Vol. 28, No.2 /2009
unprotected test compresibilitate endometrium in the
probe and protected triaxial test, the sample is subjected
while a vertical loads and loads of side around them.
The degree of compact:
DA
GC =
x 100
DA max
GC - the compaction degree [%];
YES - the apparent density of soil at a time [g/cm3];
DA max - the maximum apparent density of soil,
3
respectively [g/cm ].
This index provides good opportunities to compare
the apparent densities of different soils.
în endometru pe probe protejate şi testul triaxial, în care
proba este supusă în acelaşi timp unei sarcini verticale şi
unei sarcini laterale, de jur împrejurul ei.
Gradul de compactitate:
DA
GC =
x 100
DA max
GC - este gradul de compactitate [%]
3
DA - densitatea aparentă a solului la un moment dat [g/cm ];
DA max - densitatea aparentă maximă a solului respectiv
3
[g/cm ]
Acest indice oferă bune posibilităŃi de comparare a
valorilor densităŃii aparente a diferitelor soluri.
3. PHYSICAL PROPERTIES OF SOIL
• The density and porosity
By density means the ratio of the mass and volume of a
body, ie the mass of a unit volume:
M
D=
Vs
where: D - density [g/cm3];
M - mass of dry soil [g];
Vs - volume of soil solid particles [cm3].
In practice may be accepted for upper horizons of
3
most values of density 2.65÷2.68 g/cm , and for the lower
3
horizons, values÷soils, of 2.70÷2.72 g/cm .
It follows that the upper horizons of soils of meadows
in wetlands, soil emissions of strong organic fertilized or of
3
lăcovişti, the density values 2.50÷2.60 g/cm , while peat
soils they fall below these limits, may be up to 1.80÷2.00
g/cm3.÷in extreme cases.
Density values occur in the calculation of total
porosity and other indicators of status of settlement land.
Status of settlement of solid particles of soil can be
expressed not only by the apparent density or specific
volume, defined above, but also by the total porosity is the
total volume of pores expressed as a percentage of the
volume of soil:
Vp
Vp
PT =
x 100 =
Vt
Vs + V p
where: PT - Total porosity [% v / v];
3
Vt - total volume of soil [cm ];
3
Vs - volume of the solid soil [cm ];
3
Vp - pore volume [cm ].
Total porosity values depend on the same factors
that determine the values of density and apparent density.
In most soil minerals spread, where the density is very
little variable, total porosity will depend only on the
apparent density.
3. PROPRIETĂłI FIZICE ALE SOLULUI
♦ Densitatea şi porozitatea
Prin densitate, se înŃelege raportul dintre masa şi
volumul unui corp, adică masa unei unităŃi de volum:
PT - porozitatea totală [% v/v];
3
Vt - volumul total al solului [cm ];
3
Vs - volumul părŃii solide a solului [cm ];
3
Vp - volumul porilor [cm ]
Valorile porozităŃii totale depind de aceeaşi factori care
determină şi valorile densităŃii şi ale densităŃii aparente. În
solurile minerale cele mai răspândite, unde densitatea este
foarte puŃin variabilă, porozitatea totală va depinde numai
de densitatea aparentă.
♦ Degree of settling
♦ Gradul de tasare
D=
M
Vs
3
unde:
D - densitatea [g/cm ];
M - masa solului uscat [g];
3
Vs - volumul particulelor solide ale solului [cm ].
În practică se pot accepta pentru orizonturile superioare ale
3
majorităŃii solurilor, valori ale densităŃii de 2,65÷2,68 g/cm , iar
3
pentru orizonturile inferioare, valori de 2,70÷2,72 g/cm .
Rezultă că în orizonturile superioare ale unor soluri de
pajişti din zonele umede, ale solurilor de seră puternic
fertilizate organic, sau ale unor lăcovişti, valorile densităŃii pot
3
fi de 2,50÷2,60 g/cm , în timp ce în solurile turboase ele scad
3
sub aceste limite, în cazuri extreme până la 1,80÷2,00 g/cm .
Valorile densităŃii intervin în calculul porozităŃii totale şi al
altor indicatori ai stării de aşezare a solului.
Starea de aşezare a particulelor solide ale solului se
poate exprima nu numai prin densitatea aparentă sau
volumul specific, definite anterior, ci şi prin porozitatea
totală care este volumul total al porilor exprimat în
procente din unitatea de volum al solului:
Vp
Vp
PT =
x 100 =
Vt
Vs + V p
unde:
The degree of tasare is:
PMN PT
GT =
x 100
PMN
where: GT - is the tasare [% v / v];
PMN - required minimum porosity [% v / v];
PMN = 45 + 0.163 A
PT - Total porosity [% v / v]
A - clay content under 0.002 mm [% g / g].
Gradul de tasare este:
PMN PT
GT =
x 100
PMN
unde: GT - este gradul de tasare [% v/v];
PMN - porozitatea minim necesară [% v/v];
PMN = 45 + 0,163 A
PT - porozitatea totală [% v/v]
A - conŃinutul de argilă sub 0,002 mm [% g/g].
♦ Soil Moisture
♦ Umiditatea solului
The simplest information on ground water is
obtained knowing the amount of water it. The water or
moisture mass, gravimetric or, expressed as a
percentage of soil dry mass:
wg =
where:
Cea mai simplă informaŃie asupra apei solului se
obŃine cunoscând cantitatea de apă a acestuia. ConŃinutul
de apă sau umiditatea masică, sau gravimetrică, se
exprimă sub formă de procente din masa solului uscat:
a
x 100
s
WG - mass humidity [% g / g];
wg =
unde:
a
x 100
s
wg - umiditatea masică [% g/g];
81
Vol. 28, No.2 /2009
a - the quantity of water in soil sample analyzed [g];
s - the amount of dry soil sample analyzed [g].
a - cantitatea de apă din proba de sol analizată [g];
s – cantitatea de sol uscat din proba analizată [g].
♦ Soil temperature
♦ Temperatura solului
Temperature plays an important role in the
solificare and ensure normal living conditions for plants
and soil microorganisms. It influences biochemical
processes, altering the intensity of mineral and organic
matter, seed germination, plant growth and
development. Characterize the temperature of heating
or cooling of the soil, resulting in the amount of calories
from different sources and losses on different paths.
Soil temperature depends on a number of external
factors, and thermal properties of soil: the ability to
absorb solar radiation, specific heat and thermal
conductivity of the soil.
Temperatura are un rol important în procesul de
solificare şi asigurarea condiŃiilor normale de viaŃă pentru
plante şi microorganismele din sol. Ea influenŃează
procesele biochimice, intensitatea de alterare a materiei
minerale şi organice, germinaŃia seminŃelor, creşterea şi
dezvoltarea plantelor. Temperatura caracterizează starea
de încălzire sau răcire a solului, rezultantă a cuantumului
de calorii primite din diferite surse şi pierdute pe diferite căi.
Temperatura solului depinde de o serie de factori
externi, dar şi de proprietăŃile termice ale solului:
capacitatea de absorbŃie a radiaŃiilor solare, căldura
specifică şi conductivitatea termică a solului.
4. CHEMICAL PROPERTIES OF SOIL
♦ Chemical composition of soil solution
Composition of soil solution depends on the quantity
and quality of atmospheric precipitation, the composition of
the soil solid phase, the quantitative and qualitative
composition of the material layer of vegetable biocenozelor
of vital activity of microorganisms and mezofaunei.
Soil solution composition undergoes changes due to
ongoing activity higher plants, the "removal" by the roots
of these compounds, and vice versa, the penetration of
substances through the secretion of plant roots, etc.
Mineral substances, organic and organo-mineral
composition in which the liquid phase of soil can be in the
form of combinations soluble (dissolved) or colloidal
combinations.
4. PROPRIETĂłI CHIMICE ALE SOLULUI
♦ CompoziŃia chimică a soluŃiei solului
CompoziŃia soluŃiei solului depinde de cantitatea şi
calitatea precipitaŃiilor atmosferice, de compoziŃia fazei
solide a solului, de alcătuirea cantitativă şi calitativă a
materialului stratului vegetal al biocenozelor, de activitatea
vitală a mezofaunei şi a microorganismelor.
CompoziŃia soluŃiei solului suferă permanent modificări
datorită activităŃii plantelor superioare, prin, „scoaterea" de către
rădăcinile acestora a unor compuşi, şi invers, prin pătrunderea unor
substanŃe, prin secreŃii ale rădăcinilor plantelor etc.
SubstanŃele minerale, organice şi organo-minerale
care intră în compoziŃia fazei lichide a solului se pot
prezenta sub formă de combinaŃii solubile (dizolvate) sau
combinaŃii coloidale.
♦ Soil colloids
♦ Coloizii solului
Found in soil mineral colloids, organic and organomineral, whose composition depends on the rock
formation and the type of solificare. On the composition
colloids, colloidal micelele stay.
A colloidal micelă consists of core, represented by
complex combinations, amorphous or crystalline, with
different chemical composition (Figure 4).
În sol se găsesc coloizi minerali, organici şi organominerali, a căror compoziŃie depinde de caracterul rocilor
de formare şi de tipul de solificare. La baza alcătuirii
coloizilor, stau micelele coloidale.
O micelă coloidală este alcătuită din nucleu,
reprezentat prin combinaŃii complexe, amorfe sau
cristaline, cu compoziŃie chimică diferită (figura 4).
Fig. 4 - Composition micelles colloidal / Alcătuirea micelei coloidale
At the core is a layer of ions held stable layer called
a determinant of potential, still follows a double layer of
ions compensator - a layer property, with strongly held
ions by ions of the layer determining the potential and is
still a layer of ions more dispersed, called the diffuse layer
[5].
♦ Adsorption capacity
Given the state of dispersion of its components and
in particular those of colloidal nature, the land is owned to
adsorb various substances in the state of molecular
dispersion (molecular adsorption) and ionic (cationic or
anionic, called adsorption Caton and anionic).
♦ Reaction (pH) soil
The soil contains the state of dispersion ions,
molecules, colloidal substances which are in very different
proportions depending on various factors acting on the
formation and evolution of soils.
La suprafaŃa nucleului se găseşte un strat de ioni
reŃinuŃi stabil, denumit strat determinant de potenŃial; în
continuare, urmează un dublu strat de ioni compensatori un „strat imobil", cu ioni reŃinuŃi puternic de către ionii din
stratul determinant de potenŃial, iar în continuare urmează
un strat de ioni mai dispersaŃi, numit strat difuz [5].
♦ Capacitatea de adsorbŃie
Datorită stării de dispersie a componenŃilor lui şi în
special a celor de natură coloidală, solul are proprietatea
de a adsorbi diferite substanŃe aflate în stare de dispersie
moleculară (adsorbŃie moleculară) şi ionică(cationică sau
anionică, numite adsorbŃie catonică şi respectiv anionică).
♦ ReacŃia (pH-ul) solului
SoluŃia solului conŃine în stare de dispersie ioni,
molecule, substanŃe coloidale, care se găsesc în proporŃii
foarte diferite în funcŃie de diferiŃi factori care acŃionează
în formarea şi evoluŃia solurilor.
82
Vol. 28, No.2 /2009
Soil reaction is determined by the ratio of
+
concentration of H ions and OH , when the proportion of
+
H ions is higher reaction is acid, and when prevailing OH
ions, the reaction is alkaline.
+
If H ions and OH ions are in equal proportions, the
reaction is neutral. Soil reaction is influenced by several
factors: the chemical and mineralogical composition of the
mineral soil, the presence of soluble salts, the nature and
content of organic substances that are found in soil, soil
moisture, the activity of soil organisms, etc.
A role, particularly important is the reaction of soil
salts have, which moved from the soil solid phase in
solution exert a significant influence on the soil reaction,
and ultimately, its fertility. In soil, the most widespread
mineral acid is carbonic acid, which can cause the soil pH
values between 3.9÷4.7, depending on thermal conditions,
biological activity of soil, etc.
If the soils and rocks are present training sulphides
by oxidation thereof can form sulfuric acid, which can lead
to a strong acidification of soils.
Strong acidification of soils and produce unsaturated
fatty humici the cation, respectively, fulvici acids can
cause a pH value of 3-3,5 (extremely acid) by the
decomposition of organic remains from the forest. Soil
reaction is influenced by the activity of fungi and bacteria,
the degree of decomposition of organic remains,
secretions of plant roots or by soil insects, acids may
appear free, organic (oxalic, citric and others). In a
different soil acidity and a current potential.
ReacŃia solului este determinată de raportul dintre
+
concentraŃia ionilor de H şi OH , şi anume, când proporŃia
+
ionilor de H este mai mare reacŃia este acidă, iar când
predomină ionii de OH , reacŃia este alcalină.
+
Dacă ionii de H şi ionii de OH sunt în proporŃii egale,
reacŃia este neutră. ReacŃia solului este influenŃată de o serie
de factori: compoziŃia chimică şi mineralogică a părŃii
minerale a solului; prezenŃa sărurilor solubile; conŃinutul şi
natura substanŃelor organice care se găsesc în sol;
umiditatea solului; activitatea organismelor din sol etc.
Un rol, deosebit de important asupra reacŃiei solului îl
au sărurile, care trecând din faza solidă a solului în soluŃie
exercită o influenŃă importantă asupra caracterului reacŃiei
solului, şi, în ultimă instanŃă, asupra fertilităŃii acestuia. În sol, cel
mai răspândit acid mineral este acidul carbonic, care poate
determina un pH al solului cu valori între 3,9÷4,7, în funcŃie de
condiŃiile termice, de activitatea biologică din sol etc.
Dacă în soluri şi în rocile de formare sunt prezente
sulfuri, prin oxidarea acestora se poate forma acid sulfuric, ceea
ce poate duce la o puternică acidifiere a solurilor.
Acidifierea puternică a solurilor produc şi acizii humici
nesaturaŃi cu cationi, respectiv cu, acizii fulvici pot determina
un pH cu valori de 3-3,5 (extrem acid), prin descompunerea
resturilor organice din zona de pădure. ReacŃia solului este
influenŃată şi de activitatea ciupercilor şi bacteriilor, de gradul
de descompunere a resturilor organice, de secreŃiile
rădăcinilor plantelor sau de către insectele din sol, putând
apărea acizi liberi, organici (oxalic, citric şi alŃii). În sol se
deosebeşte o aciditate actuală şi una potenŃială.
a) Actual acidity (pH soil)
+
Is given by the concentration of H ions which are at
a moment in the soil solution. Distilled water, in relation to
which determines the acidity of soil has a neutral reaction,
+
the activity of H ions and OH are equal and expressed
by the reaction [9]:
+
-7
-7
-14
(H ) · (OH ) = k.H2O = 10 ·10 = 10
Therefore the pH (defined as the logarithm of
+
concentration changed the sign of H ions in soil solution)
could, in theory, between 1 and 14. When pH value is
equal to 7 the reaction is neutral, it is <7 is acid reaction, if
pH > 7 is alkaline reaction.
If the soil contains a basic compounds, the reaction
is alkaline, such as soil containing alkaline salts which
hidrolizează: CaCO3, MgCO3 and Na2CO3.
b) Potential soil acidity
Is determined by hydrogen ions absorbed on
colloidal complex through interaction with salts in solution,
soil manifestându is a weak acid. Depending on the
solution that deals with the sample for the determination of
soil acidity are two different forms of acidity potential:
exchange hidrolitică.
Exchange acidity is obtained in the treatment of soil
sample with a jump neutral solution (eg, KCI 1N) and the
resulting acidity hidrolitică when soil sample is treated with
3
a solution that jumps hidrolizează alkaline (eg CH COONa
+
1N). Acidity is expressed in m.eq. H per 100 g dry soil at
105°C.
Acidity is the exchange of H ions in the solution
passing through treating the soil with a solution of a
normal jump neutral (KCI, NaCl, CaCI2):
Complex colloidal H+KCl → Complex colloidal K+HCl
Acidity hidrolitică outlined by treating the soil with a
solution of a normal jump that hidrolizează alkaline:
+
Complex colloidal H +2NaCH3COO→Complex colloidal
+
H +2CH3COOH
Soils with pH <8.3 were hidrolitică acidity and the pH
<6 presents and exchange acidity. Soil pH between 6 and
8.3 have only hidrolitică acidity. If a soil acidity presents
hidrolitică and exchange acidity (pH <6), value premium is
a) Aciditatea actuală (pH-ul solului)
+
Este dată de concentraŃia ionilor de H ce se află la un
moment dat în soluŃia solului. Apa distilată, în raport cu care se
stabileşte aciditatea solului, are o reacŃie neutră, raportul
+
activităŃii ionilor H şi OH fiind egal şi exprimat prin reacŃia
[9]:
+
-7
-7
-14
(H ) · (OH ) = k.H2O = 10 ·10 = 10
Prin urmare pH-ul, (definit ca fiind logaritmul cu semn
+
schimbat al concentraŃiei ionilor de H din soluŃia solului), poate
avea, teoretic, valori cuprinse între 1 şi 14. Când valoarea pH
este egală cu 7 reacŃia este neutră, când este < 7 reacŃia este
acidă, dacă pH > 7 reacŃia este alcalină.
Dacă solul conŃine compuşi cu caracter basic,
reacŃia sa este alcalină, exemplu fiind solurile care conŃin
săruri ce hidrolizează alcalin: CaCO3, MgCO3 şi Na2CO3.
b) Aciditatea potenŃială a solului
Este determinată de ionii de hidrogen absorbiŃi la
complexul coloidal, prin interacŃiunea cu sărurile din
soluŃie, solul manifestându-se ca un acid slab. În funcŃie
de soluŃia cu care se tratează proba de sol pentru dozarea
acidităŃii, se deosebesc două forme de aciditate
potenŃială: de schimb şi hidrolitică.
Aciditatea de schimb se obŃine la tratarea probei de
sol cu soluŃia unei sări neutre (de exemplu, KCI 1N), iar
aciditatea hidrolitică rezultă când proba de sol se tratează
cu soluŃia unei sări ce hidrolizează alcalin (de exemplu,
+
CH3COONa 1N). Aciditatea se exprimă în m.eq. de H la
100 g sol uscat la 105°C.
Aciditatea de schimb este dată de ionii de H care
trec în soluŃie prin tratarea solului cu o soluŃie normală a
unei sări neutre (KCI, NaCI, CaCI2):
Complex coloidal H+KCl → Complex coloidal K+HCl
Aciditatea hidrolitică se evidenŃiază prin tratarea solului
cu o soluŃie normală a unei sări ce hidrolizează alcalin:
+
Complex coloidal H +2NaCH3COO→Complex coloidal
+
H +2CH3COOH
Solurile cu pH <8,3 au aciditate hidrolitică iar cele cu pH
< 6 prezintă şi aciditate de schimb. Solurile cu pH între 6 şi 8,3
au numai aciditate hidrolitică. Dacă un sol prezintă şi aciditate
hidrolitică şi aciditate de schimb (pH < 6), valoric, prima este
83
Vol. 28, No.2 /2009
always higher.
The soil reaction
Soil reaction is a very important index for
characterizing them. After reaction the size of the soil pH
value is defined as in Table 1.
întotdeauna mai mare.
ImportanŃa reacŃiei solului
ReacŃia solurilor reprezintă un indice foarte important
pentru caracterizarea acestora. După mărimea valorii pH
reacŃia solurilor se defineşte ca în tabelul 1.
Table 1 / Tabelul 1
Average reaction after the soil pH / Aprecierea reacŃiei solurilor după valorile pH
pH
≤ 3,50
3,6 – 4,30
4,31 – 5,00
5,01 – 5,40
5,41 – 5,80
5,81 – 6,40
6,41 – 6,80
6,81 – 7,20
7,21 – 7,80
7,81 – 8,40
8,41 – 9,00
9,01 – 9,40
9,41 – 10,00
≥10,10
Average reaction / Aprecierea reacŃiei
Extremely acid / Extrem de acidă
Very strong acid / Foarte puternic acidă
Strong acid / Puternic acidă
Moderate acid / Moderat acidă
Weak acid / Slab acidă
Neutral / Neutră
Weak Alkaline / Slab alcalină
Moderated alkaline / Moderat alcalină
Strong alkaline / Puternic alcalină
Very strongly alkaline / Foarte puternic alcalină
Extremely Alkaline / Extrem de alcalină
Cultivated plants prefer in their great majority, a
neutral reaction, weak acid or weak alkaline. Some bear
species, or even prefer acidic soil (rye, oats, potatoes,
clover). Strong alkaline reaction is not supported by most
species of plants. Knowing the soil reaction is necessary
for growing assortment choice for differential application of
fertilizers and amendments.
Plantele cultivate preferă, în mare lor majoritate, o
reacŃie neutră, slab acidă sau slab alcalină. Unele specii
suportă sau chiar preferă solurile acide (secară, ovăz, cartof,
trifoi). ReacŃia puternic alcalină nu este suportată de
majoritatea speciilor de plante. Cunoaşterea reacŃiei solului
este necesară pentru alegerea sortimentului de cultură, pentru
aplicarea diferenŃială a îngrăşămintelor şi a amendamentelor.
♦ The capacity of soil plugging
♦ Capacitatea de tamponare a solului
By plugging capability means acquiring land to
+
oppose the trend of change in concentration of ions (H ,
+
+
OH, K , Ca ) from soil solution by the mutual phase
between solid and liquid phase.
Plugging capacity of soil is determined by the
characteristics of solid phase, particularly from soil colloids.
The interaction of soil with an acid (HCI O, 1N) is the
exchange reaction between CATIONS change in complex
and hydrogen ions that give acidity of acid respectively,
while hydrogen ions pass into the soil solid phase
(complex absorption, even when saturated with hydrogen
ions, acts as a weak acid), and chlorides in solution are
concerned.
Plugging capacity of the soil depends on a number of
factors which include: the amount of soil colloids, the
assortment of soil colloids, cationic nature of change.
Capacity regulator plugging the soil reaction. That
the pH of soil and the same can not be changed too much
during the year, are of importance in connection with
microorganisms and plant growth, although they can
adapt to certain changes in response, but no sudden
change of reaction. Knowing plugging capabilities help to
establish methods for the amendment and fertilization of
soils [4, 5].
Prin capacitatea de tamponare se înŃelege însuşirea
solului de a se opune tendinŃei de modificare a concentraŃiei
+
+
+
unor ioni (H , OH, K , Ca ) din soluŃia solului, prin
acŃiunea reciprocă dintre faza solidă şi faza lichidă.
Capacitatea de tamponare a solului este determinată
de însuşirile fazei solide, mai ales ale coloizilor din sol.
Prin interacŃiunea solului cu un acid (HCI O,1N) se
produce reacŃia de schimb între cationii schimbabili din
complex şi ionii de hidrogen care dau aciditatea din acidul
respectiv, iar ionii de hidrogen trec în faza solidă a solului
(complexul absorbtiv, chiar când este saturat cu ioni de
hidrogen, se comportă ca un acid slab), iar în soluŃie apar
clorurile respective.
Capacitatea de tamponare a solului depinde de o
serie de factori printre care amintim: cantitatea coloizilor din
sol, sortimentul coloizilor din sol, natura cationilor schimbabili.
Capacitatea de tamponare constituie regulatorul
reacŃiei solului. Faptul că pH-ul unuia şi aceluiaşi sol nu se
poate modifica prea mult în timpul anului, prezintă
importanŃă în legătură cu activitatea microorganismelor şi
cu creşterea plantelor, deşi acestea se pot adapta la
anumite modificări de reacŃie, dar nu suportă variaŃiile bruşte
de reacŃie. Cunoaşterea capacităŃilor de tamponare ajută la
stabilirea metodelor de amendare şi fertilizare a solurilor [4, 5].
5. EQUIPMENTS AND METHODS FOR DETERMINATION /
ELECTRO-MEASUREMENT CONDUCTIVITY (EC) SOIL
For measuring soil properties are needed accurate
and inexpensive methods, which helps to interpret the
maps and productivity improvement strategies underlying
concept of precision agriculture. Conventional methods
require the selection period, and laboratory tests
profound. Starting from this, the virtual mapping of the soil
profile by means of electrical conductivity (EC) was
developed to identify areas with contrasting soil
properties. Such values are measurements of EC
5. ECHIPAMNETE ŞI METODE PENTRU DETERMINAREA /
MĂSURAREA ELECTRO-CONDUCTIVITĂłII (EC) SOLULUI
Pentru măsurarea proprietăŃilor solului sunt necesare
metode precise şi necostisitoare, care ajută la interpretarea
hărŃilor de productivitate şi îmbunătăŃirea strategiilor ce stau
la baza conceptului de agricultură de precizie. Metodele
convenŃionale de selecŃie necesită perioade de timp mari şi
analize de laborator profunde. Pornind de la aceasta,
maparea profilului virtual al solului cu ajutorul conductivităŃii
electrice (EC) a fost dezvoltat pentru a identifica suprafeŃele
cu proprietăŃi contrastante ale solului. Asemenea valori ale
84
Vol. 28, No.2 /2009
replacement of soil properties.
Precision agriculture involves managing each crop
production input (fertilizer, water, calcium, herbicides,
insecticides and seed) on the specific location of
principles to reduce waste, increase profits and
environmental quality. Without leaving the technologies
that enable support, individual treatment of each plant is
impossible and the concept of precision agriculture would
not be possible. A sensor on the ground, such as sensor
VerisEC is a useful tool for mapping soil electroconductivity (EC), to identify areas with contrasting soil
properties. In non-salted soils, EC values are
measurements of soil texture - the relative amount of sand,
silt and clay. Precision agriculture is based on geo-spatial
information to facilitate the treatment of small portions of
land as individual administrative units. Although farmers
long known that land is heterogeneous, only recently
became available technologies that allow production
practices to take into account this variability effectively.
EC sunt măsurători înlocuitoare ale proprietăŃilor solului.
Agricultura de precizie presupune administrarea fiecărei
intrări a producŃiei recoltei (fertilizator, apă, calciu, erbicide,
insecticide şi sămânŃă) pe principii specifice locaŃiei pentru
reducerea deşeurilor, creşterea profitului şi menŃinerea calităŃii
mediului înconjurător. Fără tehnologii ieşite din comun, care să
permită asistarea, tratamentul individual a fiecărei plante este
imposibilă şi conceptul de agricultură precisă nu ar fi posibil.
Un senzor pentru sol, precum senzorul VerisEC este o unealtă
folositoare pentru maparea electro-conductivităŃii solului (EC),
în vederea identificării ariilor cu proprietăŃi contrastante ale
solului. În soluri ne-sărate, valorile EC sunt măsurători ale
texturii solului – cantitatea relativă de nisip, nămol şi argilă.
Agricultura de precizie se bazează pe informaŃii geo-spaŃiale
pentru a uşura tratamentul unor mici porŃiuni din teren ca unităŃi
administrative individuale. Deşi agricultorii cunosc de multă
vreme că terenurile sunt eterogene, numai recent au devenit
disponibile tehnologii care să permită practicilor producŃiei să ia
în considerare în mod eficient această variabilitate.
The apparent electrical conductivity measurement (ECa)
To measure soil salinităŃii default and electroconductivity of soil electro-conductivity measurement of
apparent soil (ECa) rezistivităŃii by measuring the electrical
and electromagnetic behavior is regarded as the most
appropriate way of determining the spatial distribution of
salinităŃii at the land surface or deeply. Measurement of
apparent electro-conductivity of soil (ECa) rezistivităŃii by
measuring the electrical behavior and electromagnetic
(EM) maximum interest for precision agriculture because it
is a safe and accurate method, which allows relatively
easy to obtain a large volume of data measured.
Electric conductors apparent soil is achieved, firstly
by salts contained in water present in large pores,
therefore, measuring the electrical conductivity in the soil
mass is closely related to its salinity. There is also a
contribution from the solid phase of the wet soil apparent
electrical conductivity, through the cation exchange
groups of clay minerals. A third way conductivity consists
of soil particles in contact with one another. These three
paths crossed current contributes to the apparent
electrical conductivity of soil.
Principiile măsurării conductivităŃii electrice aparente (ECa)
Pentru măsurarea salinităŃii solului şi implicit a electroconductivităŃi solului, măsurarea electro-conductivităŃii
aparente a solului (ECa) prin măsurarea rezistivităŃii electrice
şi a comportării electromagnetice este privită ca cea mai
potrivită cale de stabilire a distribuŃiei spaŃiale a salinităŃii la
nivelul suprafeŃei terenului sau mai profund. Măsurarea
electro-conductivităŃii aparente a solului (ECa) prin măsurarea
rezistivităŃii electrice şi a comportării electromagnetice (EM)
prezintă interes maxim pentru agricultura de precizie,
deoarece este o metodă sigură şi precisă, care permite
obŃinerea relativ simplă a unui volum mare de date măsurate.
ConductanŃa electrică aparentă a solului se realizează,
în primul rând, prin sărurile conŃinute în apa prezentă în porii
mai largi; în consecinŃă, măsurarea conductivităŃii electrice în
masa solului este strâns legată de salinitatea acestuia. De asemenea,
există şi o contribuŃie a fazei solide din solurile umede la conductivitatea
electrică aparentă, pe calea schimbului de cationi asociaŃi
mineralelor din argilă. O a treia cale de conductivitate este
constituită din particulele solului aflate în contact permanent
una cu alta. Aceste trei căi de străbatere a curentului
contribuie la conductivitatea electrică aparentă a solului.
Equipment to measure apparent electrical conductivity
(ECa)
Most methods for determining the electroconductivity of soil use (measured) electric rezistivitatea
("Wenner system").
Another method for determining the electro-conductivity
using electromagnetic induction EM (using the time
reflectometriei - TDR). Although the TDR method has
been demonstrated to be comparable with other accepted
methods
for
measuring
the
electro-conductivity
(Heimovaara and others, 1995; Mallants and others. 1996,
Spaans and Baker, 1993, Reece, 1998), it is not yet
sufficiently simple robust and rapid to measure in the field
of electro-conductivity of soil (Rhoades and others, 1999a) [6].
The most widely used for determining electroconductivity of soil is the type Veris realized in three
variants: Veris 3100; Veriş 3150 (and may cause the pH)
and Veris 2000XA (used mainly in vineyards and
orchards).
Veriş Technologies has developed this type of
equipment for determining electro-conductivity of soil
(ECa) based on the principles Wenner. The equipment
Veris using six electrodes-knife (depending on the
arrangement of various equipment on the knives, the
distance between them and the weight machine). This
sensor uses type discs share the electrodes to achieve a
more uniform contact with the ground and thus measured
Echipamente pentru măsurarea conductivităŃii electrice
aparente (ECa)
Marea majoritate a metodelor de determinare a
electro-conductivităŃii
solului
utilizează
(măsoară)
rezistivitatea electrică („sistemul Wenner”).
O altă metodă de determinare a electro-conductivităŃii
utilizează inducŃia electromagnetică EM (cu ajutorul
reflectometriei în domeniul timpului - TDR). Deşi metoda
TDR a fost demonstrată ca fiind comparabilă cu alte
metode acceptate pentru măsurarea electro-conductivităŃii
(Heimovaara şi alŃii, 1995; Mallants si alŃii. 1996, Spaans
şi Baker, 1993, Reece, 1998), ea nu este încă suficient de
simplă, robustă şi rapidă pentru măsurarea în câmp a
electro-conductivităŃii solului (Rhoades şi alŃii, 1999a) [6].
Echipamentul cel mai răspândit, utilizat pentru
determinarea electro-conductivităŃii solului este cel tip
Veris, realizat în trei variante: Veris 3100; Veris 3150
(poate determina şi pH-ul) şi Veris 2000XA (utilizat cu
preponderenŃă în vii şi livezi).
Veris Technologies a dezvoltat acest tip de
echipament pentru determinarea electro-conductivităŃii solului
(ECa) pe baza principiilor sistemului Wenner.
Echipamentul Veris utilizează şase electrozi-cuŃit (funcŃie
de tipul de echipament diferind aşezarea cuŃitelor pe cadru,
distanŃa între ele şi greutatea maşinii). Acest tip de senzori
foloseşte brăzdare tip discuri ca electrozi pentru a se realiza un
contact cat mai uniform cu solul şi astfel se măsoară Electro85
Vol. 28, No.2 /2009
Electro-conductivity (EC). In this approach two to three
pairs of discs are mounted on a chassis, a pair power
supply in the soil (electrodes transmission) while the other
electrodes (electrodes Reception) measured voltage fall of
them (in soil), so as can be seen in Figure 5 [8].
Conductivitatea (EC). În această abordare două pană la trei
perechi de discuri sunt montaŃi pe un şasiu, o pereche furnizează
curent electric în sol (electrozi de transmisie) în timp ce ceilalŃi
electrozi (electrozi de recepŃie) măsoară căderea de tensiune
dintre ei (în sol), aşa cum se poate observa şi în figura 5 [8].
Fig. 5 - Systems Technologies for Mapping Veris electro-conductivity of soil, at work /
Sistemele Veris Technologies pentru maparea electro-conductivităŃii solului, în timpul lucrului
CONCLUSIONS
Electro-conductivity of soil has a very important role
in improving the culture techniques of precision agriculture,
in order to achieve maximum production from any surface.
In the last 20 years were sought and identified new
techniques and methods to increase productivity, obtain
higher yields and on any surface, in the context of
population growth and demand for food from year to year,
while reducing agricultural areas.
Productivity growth has been linked with reducing
energy consumption required to perform the work,
environmental pollution and soil as a result of work
processes aiming to achieve maximum efficiency on any
surface.
Precision Agriculture came to meet these
requirements by making available to farmers of new
technologies for management, using equipment and
technology from leading IT, software, navigation, etc., by
which it was obtained from the maximum yield any surface
with minimal energy consumption and reduce
environmental pollution and soil within reasonable limits.
Using electro-conductivity is closely related to the use
of GPS and GIS systems for measuring and creating maps
of electrical conductivity of soil and use this information in
order to improve management of crops in the precision
agriculture.
Research carried out until now in Romania are rather
scarce and not taking into account the influence of soil
conductivity on the production capacity and a default return
agricultural land and cultivating it with a specific culture
based on data obtained by conductivity, pH, the capacity of
cationic exchange, humidity and soil texture.
CONCLUZII
Electro-conductivitatea solului are un rol foarte important în
perfecŃionarea tehnicilor de cultură în agricultura de precizie, în
vederea obŃinerii unor producŃii maxime de pe orice suprafaŃă.
În ultimii 20 de ani s-au căutat şi identificat noi tehnici
şi metode pentru creşterea productivităŃii, obŃinerea unor
producŃii cât mai ridicate de pe orice suprafaŃă, în contextul
creşterii populaŃiei şi a cererii de hrană de la an la an,
concomitent cu reducerea suprafeŃelor agricole.
Creşterea productivităŃii a fost coroborată cu
reducerea consumului de energie necesară pentru
efectuarea lucrărilor, a poluării mediului şi solului, ca
urmare a proceselor de lucru ce au ca scop obŃinerea unor
randamente maxime de pe orice suprafaŃă.
Agricultura de precizie a venit în întâmpinarea acestor
cerinŃe prin punerea la dispoziŃia fermierilor de tehnologii noi
de management, ce utilizează echipamente şi tehnice de
vârf din domeniul IT, software, navigaŃie, etc., cu ajutorul
cărora s-a ajuns la obŃinerea unor randamente maxime de
pe orice suprafaŃă, cu consumuri energetice minime şi
reducerea poluării mediului şi solului în limite rezonabile.
Utilizarea electro-conductivităŃii este strâns legată de
utilizarea sistemelor GPS şi GIS, pentru măsurarea şi
crearea hărŃilor de conductibilitate electrică a solului şi utilizarea
acestor informaŃii în scopul perfecŃionării managementului
culturilor agricole în cadrul agriculturii de precizie.
Cercetările efectuate până prezent în România sunt
destul de puŃine şi nu au luat în calcul faptul influenŃei
conductivităŃii solului asupra capacităŃii de producŃie şi implicit a
rentabilităŃii unui teren agricol, precum şi cultivarea acestuia cu
un anumit tip cultură în funcŃie de datele de conductivitate obŃinute,
pH-ul, capacitatea de schimb cationic, umiditatea şi textura solului.
[1] Arya, L.M., D.A. Farrel and G.R. Blake. - A Field Study
of Soil Water Depletion in Presence of Growing Soybeans
Roots: I. Determination of Hydraulic Properties of the Soil,
[4] Filipov F., Lupaşcu Gh. - Pedologie editura, Terra
nostra, Iaşi – 2003
[5] Lupaşcu Gh., Jigău Gh., Vârlan M. - Pedologie
86
Vol. 28, No.2 /2009
In: Soil Science Society ofAmerica Prooceedings. Vol 39,
1975, p 424-430;
[2] Barraclough, P.B., and A.H. Weir. - Effects of a
compacted subsoil layer on root and shoot growth, water
use and nutrient uptake of winter wheat, 1988, J.
Agric.Sci., Cambridge 110:207-216;
[3] Eric D. Lund,Colin D. Christy,Paul E. Drummond Using yield and soil Electrical Conductivity (EC) maps to
derive crop production performance information, Presented at
the 5th International Conference on Precision Agriculture 2000;
generală, Editura Junimea Iaşi – 1998;
[6] Rhoades, J.D., Corwin, D.L. - Determining Soil Electrical
Conductivity-depth
Relations
Using
an
Inductive
Electromagnetic Conductivity Meter, (1992), Soil
ScienceSociety of America Journal, 45, 255-260;
[7] Robert “Bobby” Grisso, Mark Alley, W.G. Wysor, David
Holshouser, Wade Thomason, Virginia Tech - Precision
Farming Tools: Soil Electrical Conductivity, Virginia
cooperative extension, 2007, publication 442-508;
[8] Veris Technologies, http://www.veristech.com/research.htm
87
Vol. 28, No.2 /2009
EXPERIMENTAL RESEARCHES REGARDING THE QUALITATIVE BAKERY ANALYSIS
USING THE FALLING INDEX FOR SOME ROMANIAN PRODUCTION WHEAT FLOURS
/
CERCETĂRI EXPERIMENTALE CU PRIVIRE LA ANALIZA CALITATIVĂ DE PANIFICAłIE
UTILIZÂND INDICELE DE CĂDERE PENTRU UNELE FĂINURI DE GRÂU DE PRODUCłIE
ROMÂNEASCĂ
prof.PhD.eng. Gh. Voicu, ass.eng. M. Tudosie, prof.PhD.eng. T. Căsăndroiu,
assoc. prof.PhD.eng. G.Paraschiv, – UPB
Abstract. The most important enzymes on the wheat flour
are the α - amylase and the β - amylase. These enzymes
hydrolyses the starch leading to formation of maltose feeding
the fermentation process during the technological process
of baking, ensuring the production on final products with
the appropriate volume and porosity. In the normal flour
the α - amylase is located in a relatively low content; the flour
extraction has a higher content of α - amylase grater degree
than those with lower extraction.
α - amylase activity in flour is assessed in the
laboratory, using the falling index method Hagberg
(Falling number). Evaluation is based on the reduction of
gel viscosity by thermal processing of a suspension of
flour in water, α - amylase activity is more intense. It is
determined the time needed to drop a certain distance, of one
metal rods provided at one end with a rose placed in the gel
prepared under specified condition, measured in seconds.
In the present paper are presented the experimental
results regarding the falling index Hagberg, for three
wheat flour types produced by Spicul S.A., Rosiori de
Vede, from 2008 production, obtained with a device type
Falling number, Sadkiewicz. The determinations was made
in the specialized laboratory of the Department of
Biotehnic Systems from Polytechnic University of
Bucharest. The measurements, made at an interval of
one week showed a relatively significant decrease of falling
indices Hagberg for all three types of flour. This shows a
change in the enzymatic activity to increase the length of
the storage time by reducing the weight of starch in flour.
The research is important for the specialists,
regarding the adjustment of the extraction degree
desired to mill or to determine corrections of α - amylase
flour to be made in the bakery technology to obtain
qualitative products.
Introduction
The dough is a vascoelastic substance with an rheological
comportament intermediate of sticky liquid and of elastic
solid, obtained mainly from wheat flour, water and dregs.
The biochemical structure of the wheat flour, which
is reffering to the enzyme content, might be a good
indicator for the quality of the bakery products,
confectionery products or pasta.
The most important enzymes on the wheat flour
are: the amylases (the hidrolotic ensymes that act on the
starch molecule) and the proteases (enzymes that
convert the proteins into simple compounds). They are
located mainly in the peripheral layers of the grain, [1,6].
The most popular amylase are: α - amylase and the β amylase. During the fermentation process, the starch
molecules are subject to action of the alpha-amylase and
converted into dextrin, which are further processed by
beta-amylase to maltose. So, the presence of both
amylase is required for hydrolysis of starch into simple
sugars which is fermented substrate for dregs. The
maltose formed is necessary for maintenance process of
fermentation, so as to form the gases that lead to
products with the appropriate volume and porosity, [1-3].
Rezumat. Cele mai importante enzime din făinurile de
grâu sunt α - amilaza şi β - amilaza. Acestea hidrolizează
amidonul conducând la formarea maltozei care întreŃine
procesul de fermentare în timpul procesului tehnologic de
panificaŃie, asigurând obŃinerea de produse finite cu
volum şi porozitate corespunzătoare. În făinurile normale
α - amilaza se găseşte într-un conŃinut relativ scăzut;
făinurile de extracŃie mai ridicată au un conŃinut de α amilază mai mare decât cele cu grad de extracŃie mai mic.
Activitatea α - amilazei din făină se evaluează în
laborator prin metoda indicelui de cădere Hagberg
(Falling number). Evaluarea se bazează pe reducerea
vâscozităŃii gelului obŃinut prin prelucrarea termică a unei
suspensii de făină în apă, cu cât activitatea α - amilazei
este mai intensă. Se determină timpul de cădere pe o
anumită distanŃă, a unei tije metalice prevăzute la un
capăt cu o rozetă introduse în gelul preparat în condiŃii
determinate, exprimat în secunde.
În lucrarea de faŃă se prezintă rezultatele experimentale
privind indicele de cădere Hagberg, la trei tipuri de făinuri
de grâu obŃinute la moara Spicul S.A., Roşiorii de Vede,
din producŃia de grâu a anului 2008, obŃinute cu ajutorul
unui aparat de tip Falling number, Sadkiewicz. Determinările
au fost efectuate în laboratorul de specialitate al catedrei
de Sisteme Biotehnice din Universitatea Politehnica Bucureşti.
Măsurătorile efectuate la un interval de o săptămână au
arătat o scădere relativ semnificativă a indicilor de cădere
Hagberg pentru toate cele trei tipuri de făină. Aceasta
arată o modificare a activităŃii enzimatice la creşterea duratei
de păstrare a făinii prin reducerea ponderii amidonului în făină.
Cercetările prezintă importanŃă pentru specialiştii în
domeniu, în ceea ce priveşte reglarea gradului de
extracŃie dorit în moară sau să se determine corecŃiile de
α - amilaza care trebuie făcută fainii în procesul
tehnologic de panificaŃie, pentru a obŃine produse de
calitate.
Introducere
Aluatul este un material vâsco-elastic cu un
comportament reologic intermediar vâscos şi solidului
elastic, obŃinut în principal din făină de grâu, apă şi
drojdie.
CompoziŃia biochimică a făinii de grâu, care se
referă la conŃinutul de enzime, poate fi un bun indicator
pentru calitatea produselor de panificaŃie, a produselor de
cofetărie sau a pastelor făinoase.
Enzimele cele mai importante din făina de grâu sunt:
amilazele (enzime hidrolitice care acŃionează asupra
moleculei de amidon) şi proteazele (enzime care
transformă proteinele în compuşi simpli). Ele sunt
localizate mai ales în straturile periferice ale bobului,
[1,6]. Dintre amilaze, mai cunoscute sunt: alfa-amilaza şi
beta-amilaza. Pe parcursul procesului de fermentare,
moleculele de amidon sunt supuse acŃiunii alfa-amilazei
şi transformate în dextrine, care mai departe sunt
transformate de beta-amilază în maltoză. Astfel, prezenŃa
celor două amilaze este necesară pentru hidroliza
amidonului în zaharuri simple care reprezintă substratul
88
Vol. 28, No.2 /2009
To obtain good quality products, the flour must
have an optimal level of enzymatic activity. An enzymatic
activity, either weak or intense, lead to obtain a dough of
inferior quality and defective products.
The enzymes that exist in some sort of meal depends
on the fallowing factors: the extraction of flour, the weath
variety, the climatic conditions during the ripening, the degree
of biological maturity of grain or the possible degradations
suffered by the corn before or after harvest, [1,2,6].
In the normal flour the alpha-amylase is located in a
relatively low content; the flour extraction has a higher
content of alpha-amylase greater degree than those with
lower extraction, [1,6].
The determination of the enzymes activity is done
by measuring the degree of substrate transformation, by
measuring the concentration of the reaction product or by
measuring reaction kinetics , followed over a period of time
through physical or chemical methods appropriate, [2,3,6].
To determine the alpha-amylase activity can be used
the various methods, such as: viscousimetric, with
colored substrate, turbidimetric, colorimetric, with gel
diffusion and reducing sugars, [2,3,6].
The mostly used method for determining the alphaamylase activity from the flour of grain is the falling
number method Hagberg, which is a viscousimetric
method based on the variation of gel viscosity obtained by the
thermal processing of a suspension of flour in water, due to
autolitic degradation of starch by alpha- amylase.
An incrased alpha-amylase activity has as a result
a low viscosity gel, which is measured by the time in
which one metal rods proveted at one end with a rose,
descends, on a certain distance by starch gel. The
determination of the falling index (falling number) is an
empirical test based on the ability of the endogenous
alpha-amylase to reduce viscosity of the suspensions of
flour which are treated to hot, [2,5,6]. It is used, on a
large scale, in the milling industry and bakery to assess
the quality of bread flour. The falling number is in
inverse relationship with alpha-amylase activity of flour
and the acceptable domain depends on the type of
cereal product. For example, in wheat cornered, with a low
falling number, the dextrine formed by the alpha-amylase
have as a result a core of bread which is sticky, [2,6].
Hagberg index values between 60-150 s, shows an
increased amylase activity in flour from germinated
wheat almost unusable if they are not properly mixed
with flour which has the large index falling. The flour
which has the values of falling index between 150-220 s
shows an higher amylase activity than that normal and
they require a correction by mixing with other flours with
falling index greater or through the use of particular
methods of manufacture of bread. The normal amylase
activity present the flours with the falling index with the
values between 220÷280 s. At flours with the falling index
over 280÷300 s, amylase activity is weak, and the bread from
them is not developed it has a small volume and dry core, the
flour must be corrected with the addition of enzymes, [3].
The differnet contents of the enzymes amylase have
the effect the modification the rheological characteristics of
the dhoughs and, finally, the modification of the characteristics of
final products, including the rate of aging them.
The deteriorated granules of the starch absorb
more water than the intact granules [1]. Alpha-amylase
activity is influenced by the status and size of granular
starch, environmental acidity and the proteolytic enzyme
activity, [2].
In flour from normal corn, the activity is reduced
because the enzyme is attached to the inactive structure.
The proteolytic enzymes may release alpha-amylase in
these structures, reason for the grain attacked by wheat
fermentator pentru drojdie. Maltoza formată este
necesară pentru întreŃinerea procesului de fermentare,
astfel încât să se formeze gazele care să conducă la
produse cu volum şi porozitate corespunzătoare, [1-3].
Pentru realizarea produselor de calitate bună, făina
trebuie să aibă un nivel optim de activitate enzimatică. O
activitate enzimatică, fie slabă, fie intensă, conduce la
obŃinerea unui aluat de calitate inferioară şi produse cu
defecte.
ConŃinutul de enzime existent în anumite sortimente
de făină depinde de următorii factori: extracŃia făinii, soiul
grâului, condiŃiile climatice din perioada de maturizare,
gradul de maturitate biologică a bobului sau de
eventualele degradări suferite de grâu înainte sau după
recoltare, [1,2,6].
În făinurile normale alfa-amilaza se găseşte într-un
conŃinut relativ scăzut; făinurile de un grad de extracŃie
mai ridicat au un conŃinut de alfa-amilază mai mare decât
cele cu grad de extracŃie mai mic, [1,6].
Determinarea activităŃii enzimelor se efectuează
prin: măsurarea gradului de transformare al substratului,
măsurarea concentraŃiei produsului de reacŃie sau
măsurarea cineticii de reacŃie, urmărite într-un interval de
timp prin metode fizice sau chimice adecvate, [2,3,6].
Pentru determinarea activităŃii alfa-amilazei se pot
utiliza diverse metode, cum ar fi: vâscozimetrice, cu
substrat colorat, turbidimetrice, colorimetrice, cu gel de
difuzie şi glucid reducător, [2,3,6].
Cea mai utilizată metodă de determinare a activităŃii
alfa-amilazice din făinurile de cereale este metoda fallingnumber Hagberg, care este o metoda vâscozimetrică
bazată pe variaŃia vâscozităŃii gelului obŃinut prin
prelucrarea termică a unei suspensii de făină în apă,
datorită degradării autolitice a amidonului de catre alfaamilaza.
O activitate alfa-amilazică crescută are ca rezultat o
vâscozitate redusă a gelului, care se măsoară prin timpul
în care o tijă metalică prevăzută la un capăt cu o rozetă,
coboară, pe o anumită distanŃă prin gelul de amidon.
Determinarea indicelui de cadere (falling number) este un
test empiric care se bazează pe capacitatea alfa-amilazei
endogene de a reduce vâscozitatea suspensiilor de făina
tratate la cald, [2,5,6]. Se foloseşte, pe scară mare, în
industria de morărit şi panificaŃie pentru a aprecia
calitatea de panificaŃie a făinii. Indicele de cădere (falling
number) este în relaŃia inversă cu activitatea alfaamilazică a făinii şi domeniul acceptabil depinde de tipul
de produs cerealier. De exemplu, în grâul încolŃit, cu un
indice falling number scăzut, dextrinele formate prin
acŃiunea alfa-amilazei au ca rezultat un miez al pâinii
lipicios si gumos, [2,6].
Valori ale indicelui Hagberg între 60-150 s, arată o
activitate amilazică crescută la făinurile din grâu germinat
aproape inutilizabile dacă nu sunt amestecate
corespunzător cu făinuri cu indice de cădere mare.
Făinurile cu indice de cădere între 150-220 s prezintă o
activitate amilazică mai mare decât cea normală
necesitând şi acestea o corecŃie prin amestecare cu alte
făinuri cu indice de cădere mai mare sau prin folosirea
unor metode particulare de fabricare a pâinii. Activitate
amilazică normală prezintă făinurile cu indicele de cădere
între 220÷280 s. La făinurile cu indice de cădere pste
280÷300 s, activitatea amilazică este slabă, iar pâinea
obŃinută din acestea nu este dezvoltată, are volum mic şi
miez uscat, făina trebuind să fie corectată cu adaos de
enzime, [3].
ConŃinuturile diferite de enzime amilazice au ca
efect modificarea însuşirilor reologice ale aluaturilor şi, în
final, a caracteristicilor produselor finite, inclusiv a ratei de
învechire a acestora.
89
Vol. 28, No.2 /2009
bug to contain large amounts of dextrine, [2].
In case of an excess of alpha-amylase activity, the
qualities of bread flour worsen, following the accumulation of to
much dextrine. The bread produced has a small volume, trend
of flatten, the sticky core and the coarse porosity. When the
alpha-amylase activity is reduced, lacke of dextrin and to the
fermentascibil bacteria leading to products with low volume,
that have a poor flavor (due to the lack of specific precursors for
the Millard reactions cycle), pale skin and core dry, [2].
The present paper presents the experimental
results regarding the falling index Hagberg, for three
wheat flour types produced by Spicul S.A., Rosiori de
Vede, from the 2008 production.
Materials and equipament. Methods
The measurements were made with a device type
Falling number, Sadkiewicz. The determinations was made
in the specialized laboratory of the Department of Biotehnical
Systems from Politehnica University of Bucharest.
For the experiments were used three wheat types
of flour: FA-480, FA-650 and FN-graham. These flours
had content humidity, respectively of 12,6 %, 12,8% and
11,6% and the content of proper ash 0,42% and 0,66%.
For the determination of the content humidity was used
an moisture analyzer Partner MAC 110. It was prepared
the dough from 300 g wheat flour, which was
o
accomplished to temperature of the room, 20÷22 C.
The determinations experimental methodology was
based the AACC 56-81B method for the the
determination of the falling index to the grains flours, [5]
and the recommendations of [4].
They weighed the equivalent dry to 7±0,05 g of
flour to a moisture content of 14% (wb), which were
introduced in the viscousimetric tube where have been
previously added 25 ml distilled water. The tubes were
plugged with a rubber stopper, and then manually agitated for
20 times by vertical movement, for homogenization.
With the stirer were detached the particles of flour
that have adhered to the walls of tubes, it was, then,
secured with the protective accessories and introduced
into the water bath, which was previously brought to a
o
temperature of 100 C. After 5 seconds of entering in the
bath water started agitation in the suspension tube. The
automatic mixing stopped after 60 seconds, when the
stirrer was brought in top position, allowing them to to fall
freely under its own weight in flour gel, in the time period
measured and displayed on the device, which depended
on the amount of anzyme.
Were three rehearsals for each type of flour. The
measurements was made at an interval of one week.
Results and discussions
The results obtained in experiments are presented
in the table 1. The measurements was made on
11.03.09 and on 16.03.09 for the three types of flour,
under the same conditions.
Have found a significant relative decrease of the
falling index Hagberg for the flour FA – 480 and FN –
graham. This shows a change in the enzyme activity to
increase storage life of flour by reducing the weight
starch in flour.
Also, al three types of flour have the falling index
outside of the recommended scope 200-300 s [3], which
means it is necessary to make corrections for to be made at
a bakeryas appropriate.
Granulele de amidon deteriorate absorb mai multă
apă decât granulele intacte [1]. Activitatea alfa-amilazei
este influenŃată de starea şi mărimea granulei de amidon,
aciditatea mediului, precum şi de activitatea enzimelor
proteolitice [2].
În făinurile provenite din grâne normale, activitatea
este redusă deoarece enzima se găseşte fixată pe
structuri inactive. Enzimele proteolitice pot elibera alfaamilaza din aceste structuri, motiv pentru care în grânele
atacate de ploşniŃa grâului există cantităŃi mari de
dextrine [2].
În condiŃiile unui exces al activităŃii alfa-amilazei,
calităŃile de panificaŃie a făinii se înrăutăŃesc, urmare a
acumulării unor cantităŃi prea mari de dextrine. Pâinea
obŃinută are volum mic, tendinŃă de aplatizare, miez
lipicios şi porozitate grosieră. În condiŃiile în care conduce
la obŃinerea unor produse cu volum mic, acestea au
aromă slabă (ca urmare a lipsei de precursori specific
pentru ciclul de reacŃii Maillard), coajă palidă şi miez
uscat, [2].
În lucrarea de faŃă se prezintă rezultatele experimentale
privind indicele de cădere Hagberg, la trei tipuri de făinuri
de grâu obŃinute la moara Spicul S.A., Roşiori de Vede,
din producŃia de grâu a anului 2008.
Materiale si aparatura. Modul de lucru
Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul unui aparat
de tip Falling number, Sadkiewicz. Determinările au fost
efectuate în laboratorul de specialitate al catedrei de
Sisteme Biotehnice din Universitatea Politehnica
Bucureşti.
Pentru experimentări au fost folosite trei tipuri de făină
de grâu si anume: FA-480, FA-650 si FN-graham.
ConŃinuturile de umiditate medii ale acestor tipuri de făină au
fost respectiv de 12,6%, 12,8% si 11,6%, iar conŃinutul de
cenuşă de 0,42% şi 0,66%. Pentru determinarea conŃinutului de
umiditate s-a folosit un analizator de umiditate Partner MAC
110. Pentru experimentări s-au pregătit câte 300 g din
fiecare tip de făină, care a fost păstrată la temperatura
o
camerei, 20÷22 C.
Metodica determinărilor experimentale a avut la
bază metoda AACC 56-81B pentru determinarea indicelui
de cădere Falling number la făinurile de cereale, [5] şi
recomandările din [4].
S-au cântărit echivalentul su pentru 7±0,05 g făină la
un conŃinut de umiditate de 14% (wb), care au fost
introduse în tubul vâscozimetrului în care s-au adăugat în
prealabil 25 ml apă distilată. Eprubeta a fost astupată cu
un dop de cauciuc, apoi agitată manual de 20 ori prin
mişcări pe verticală, pentru omogenizare.
Cu ajutorul agitatorului au fost desprinse particulele
de făină ce au aderat la pereŃii eprubetei, aceasta a fost,
după aceea, securizată cu ajutorul garniturii protectoare
si introdusă în baia de apă, ce a fost adusă în prealabil la
o
temperatura de 100 C. După 5 secunde de la
introducerea în baia de apă a început agitarea suspensiei
în eprubetă. Amestecarea automată a încetat după 60 de
secunde, când agitatorul a fost adus în poziŃia superioară,
permiŃându-i să cadă liber sub propria greutate în gelul de
făină, în perioada de timp măsurată şi afişată de aparat,
şi care a depins de cantitatea de enzime.
Au fost făcute câte trei repetiŃii pentru fiecare tip de
făină. Măsurătorile au fost treptate, la un interval de o
săptămână.
Rezultate şi discuŃii
Rezultatele obŃinute la experimentări sunt prezentate
în tabelul 1. Măsurătorile au fost realizate la data de
11.03.09., şi la data de 16.03.09 pentru cele trei tipuri de
făină, în aceleaşi condiŃii.
90
Vol. 28, No.2 /2009
Se constată o scădere relativ semnificativă a
indicilor de cădere Hagberg pentru făina FA – 480 şi FN –
graham. Aceasta arată o modificare a activităŃii
enzimatice la creşterea duratei de păstrare a făinii prin
reducerea ponderii amidonului în făină.
De asemenea, toate cele trei tipuri de făină au indicele de
cădere în afara domeniului recomandat 200-300 s [3], ceea ce
înseamnă necesitatea corelaŃiilor pentru a fi aduse la o calitate
de panificaŃie corespunzătoare.
Data măsurătorii /
The measurement data
11.03.09
16.03.09
Tip făină /
Type meal
FA-480
FA-650
FN-graham
FA-480
FA-650
FN-graham
*)
ConŃinut de umiditate /
Moisture content (%)
12.6
12.8
11.2
11.7
11.8
11.0
Indice de cădere / Falling index (s)
Domeniu / Domain
397
420
70
*)
375-390
384
*)
387-475
426
*)
64-68
65
*) The values represent the average of three rehearsals / Valorile reprezintă mediile a trei repetiŃii
Conclusions
The research is important for the specialists, so as
to adjust the desired degree of the extraction of alphaamylase flour to be made into lour for bread
technological process, to obtain the qualitative products
appropriate. For all three types of flour, which was
researched, have found that need of corrections to be
made at a bakeryas appropriate.
Bibliografie / Bibliography
[1]. C.N.Popa – Amilazele, Revista electronică de morărit şi
panificaŃie, noiembrie 2008, http://ciprianpopa.blogspot.com/
2008/11/amilazele.html,
[2]. C.N.Popa – Activitatea enzimatică a grâului, Revista
electronică de morărit şi panificaŃie, noiembrie 2008,
http://ciprianpopa.blogspot.com/2008/11/activitateaenzimatica-graului.html,
[3]. E.Iorga, Gh.Câmpeanu – Utilizarea enzimelor în panificaŃie,
Raport ştiinŃific de cercetare, Institutul de Bioresurse
alimentare, www.regielive.ro/cursuri/chimie_generala/enzime15815.html,
Concluzii
Cercetările prezintă importanŃă pentru specialiştii în
domeniu, astfel încât să se poată regla gradul de extracŃie
dorit în moară sau să se determine corecŃiile de α-amilaza
care trebuie făcută făinii în procesul tehnologic de
panificaŃie, pentru a obŃine produse de calitate
corespunzătoare. Cele trei tipuri de făină cercetate s-a
constatat că necesită corecŃii pentru a fi aduse la o calitate
de panificaŃie corespunzătoare.
[4]. P.L. Finney, Effcts of falling number sample weight
on prediction of α – Amylase activity, 2001, cereal
CHEM. Vol. 78 (4), pp. 485-487.
[5]. x x x Metoda AACC 56-81B pentru FN.
[6]. C. Banu şi cal. – Manualul inginerului din industria
alimentară, Editura Tehnică, vol. 1-2, 1998, 1999;
Bucureşti.
91
Vol. 28, No.2 /2009
THE INFLUENCE OF SOIL COMPACTION ON THE CHANGES IN SOIL AND SUNFLOWER YIELD
/
INFLUENłA COMPACTĂRII SOLULUI ASUPRA SCHIMBĂRILOR ÎN SOL ŞI PRODUCłIEI DE
FLOAREA SOARELUI
1
1
1
1
1
1
1
2
2
L. Savin , R. Nikolić , M. Simikić , M. Tomić , R. Gligorić , M. Jarak , S. ðurić , P. Sekulić , J. Vasin
1
University of Novi Sad, Faculty of Agriculture, Novi Sad, Dositeja Obradovića Sq. 8, 21000 Novi Sad, Serbia
2
Institute of Field and Vegetable Crops, Maksima Gorkog 30, 21000 Novi Sad, Serbia
E-mail: [email protected]
Abstract: This paper shows the results of analyses of soil
compaction influence on sunflower yield, on headlands and
inner part of the field, as well as some chemical and
biological changes in the soil. In comparison to the inner part
of he field, the soil compaction on headlands was 67.70%
greater after sprouting, and only 13.44% before harvesting.
Frequent tractor traffic caused the intensification of soil
compaction on headlands, creating poor conditions for the
root system development and low microbiological activities
that led to the reduction in total mass and dry grain mass by
8.98% and 9.13%, respectively. Chemical analysis of soil
showed almost the same content of humus, nitrogen and
other macro nutrients on the headlands and in the inner part
of the field. The total number of microorganisms was larger
in the inner part of the field, while the number of
actinomycetes was larger on the headlands. There were no
significant differences in the number of nitric bacteria and
fungi.
Rezumat: Această lucrarea arată rezultatele analizelor
influenŃei compactării solului asupra randamentului florii
soarelui la capătul parcelei şi în partea interioară a
câmpului, ca şi unele schimbări biologice şi climatice în
sol. În comparaŃie cu partea interioară a câmpului, compactarea
solului la capăt de parcelă a fost cu 67,70% mai mare
după germinare şi doar de 13,44 % după recoltare. Traficul
frecvent cu tractorul a determinat intensificarea compactării
solului la capătul parcelelor, creând condiŃii slabe pentru
dezvoltarea sistemului radicular şi a activităŃilor microbiologice
scăzute care au condus la reducerea masei totale şi a masei
de boabe uscate cu 8,98 % şi respectiv 9,13 %. Analiza
chimică a solului a arătat aproape acelaşi conŃinut de humus,
azot şi alŃi macronutrienŃi în zonele de extremitate de brazdă şi
în interiorul câmpului, în timp ce numărul de actinomiceŃi a fost
mai mare în zonele de la capătul parcelelor. Nu există diferenŃe
semnificative în ceea ce priveşte numărul de bacterii azotice şi
ciuperci.
Keywords: headland, soil compaction, soil chemical properties,
sunflower, yield
Cuvinte cheie: capătul parcelelor, proprietăŃi chimice ale
solului, floarea-soarelui, randament
INTRODUCTION
In the process of agricultural production, agrotechnical operations
are carried out by various aggregate movements over the field.
Under the influence of particular forces, occurring as a result of
soil-wheel interaction, certain processes take place,
consequently leading to the soil compaction and changes in the
physical, water, chemical and biological properties of soil.
In the Republic of Serbia, during the period 2003-2007, the
researches on soil compaction influence on wheat, corn,
soybean, sunflower and sugar beet yield, on headlands an
inner part of the field, were carried out, Jarak et al. (2004) and
(2006), Nikolić et al. (2003), (2004), (2006), (2007) and Simikić
et al. (2005). Savin et al. (2008) states that a 5-year long
investigation showed that in the sunflower field, an average
increase in soil compaction was 23.01% greater on the
headlands than in the inner part of the field, in the sprouting
phase, while it was 28.43% greater in the harvesting phase.
Furthermore, the reduction in yield was about 26% higher on
the headlands than in the inner part of the field. Unlike already
mentioned researches, during which the culture monitoring was
conducted on different fields, in this reasearch, an experiment
was set up and it was intended to last for three years, so that
every investigation could be performed on the same field where
the cultures ensued one another in accordance with the crop
rotation.
INTRODUCERE
În procesul producŃiei agricole, operaŃiile agro-tehnice sunt
efectuate de diferite agregate care străbat câmpul. Sub
influenŃa forŃelor particulare, care apar ca rezultat al
incertitudinii sol-roată, au loc unele procese care duc la
compactarea solului şi la schimbări ale proprietăŃilor fizice,
chimice, biologice ale solului.
În Republica Serbia, în perioada 2003-2007, au fost efectuate
cercetări privind influenŃa compactării solului asupra grâului,
porumbului, soiei, florii-soarelui şi sfeclei de zahar ca
randament în părŃile interioare şi pe extremităŃile câmpului.
Jarac şi al. (2004) şi (2006), Nicolik şi al. (2003), (2004),
(2006), (2007) şi Simikic şi al. (2005). Savin şi al. (2008)
atestă că o investigaŃie de 5 ani a arătat că într-un câmp de
floarea-soarelui combaterea medie a solului a fost de 23,01 %
mai mare la extremitatea brazdelor decât în partea interioară
a câmpului, în faza de încolŃire, în timp ce, în faza de recoltare
a fost cu 28,43 % mai mare. în plus, reducerea randamentului
a fost cu aproximativ 26% mai mare pe zonele de la capătul
parcelelor decât în interiorul câmpului. Spre deosebire de cercetările
deja menŃionate, în timpul cărora monitorizarea culturii s-a făcut
pe câmpuri diferite, în cadrul acestei cercetări s-a stabilit un
experiment care urma să dureze trei ani, astfel încât fiecărei
investigaŃie să se facă pe acelaşi câmp unde culturile urmează
unele după altele în concordanŃă cu rotaŃia culturilor.
MATERIALS AND METHODS
Location choice
The experiments on 7 experimental fields were conducted in 3
replicates, on the headland and inner part of the field. Every
experimental field was 18 m wide and 100 m long. The intesity
of the soil compaction was measured by an electronic
penetrometer made by "Findlay Irvine Ltd", at cone angle of 30º
and diameter of 12.83 mm, which is in accordance with the
ASAE Standard (1993). The cone resistance was measured in
10 replicates, at 3 measuring points located along the width of the
headland, each of them having 3m distance, with the medium point
MATERIAL ŞI METODE
Alegerea locaŃiei
Experimentul de pe 7 câmpuri experimentale au fost
conduse de 3 ori la capătul parcelelor şi în partea inferioară
a câmpului. Fiecare câmp experimental a fost de 18 m
lăŃime şi 100 m lungime. Intensitatea compactării solului a
fost măsurată de un parametru electric făcut de "Findlay
0
Irvine Ltd", la unghiul de con de 30 şi diametru de 12,83
mm, care este în conformitate cu ASAE Standard (1993).
RezistenŃa conului a fost măsurată de 10 ori, în trei puncte
de măsurare localizate de-a lungul lăŃimii capătului de
92
Vol. 28, No.2 /2009
being in the middle of the headland. The same pattern was used
for the inner part of the field, and the medium point was100m away
from the edge of the field. The soil samples were taken from the
central part of both headland and inner part of the field in order to
determine the soil chemical properties and microbiological activity.
The samples were taken at 10-25 cm depth since that was the
plowed layer of soil. The measuring by penetrometer was
conducted only at the beginning of the vegetation, that is, after the
sprouting, beacuse it was impossible to conduct the measurement
at the end of the vegetation, which is the period before harvesting,
due to the low moisture content of the soil. Therefore, the
measuring of soil compaction at the end of the vegetation was
conducted by Kepecky cylinders. Figure 1 shows the amount of
yield on headland and inner part of the field after sprouting and
before harvesting. With the aim of investigating the real headland, a
field next to the line of trees was chosen so that the turning of the
tractor and mobile systems could be performed on the field as
much as possible, thus forming the real headland. The headland
was 12 m wide. The soil type was chernozem calcareous on loess
plateau. Standard technology was applied to the sunflower
production which requires plowing as its basic form of tillage.
The pre culture was soybean. In the period between the sowing
and harvesting, three passages were made, one for the interrow cultivation and the other two for the sunflower protection.
parcelă, fiecare din ele având 3 m distanŃă cu punctul mediu
în mijlocul zonei. Acelaşi model a fost utilizat şi pentru
interiorul câmpului şi punctul mediu a fost la 100 m distanŃă
faŃă de marginea câmpului. Au fost luate mostre de sol din
partea centrală a câmpului pentru a determina proprietăŃile
chimice ale solului şi activitatea microbiologică. Au fost luate
mostre la 10-25 cm adâncime care a fost stratul de sol lucrat
cu plugul. Măsurarea cu penetrometrul a fost făcută doar la
începutul vegetaŃiei, ceea ce înseamnă perioada dinainte de
recoltare, datorită conŃinutului scăzut de umiditate a solului.
De aceea măsurarea conpactării solului la sfârşitul
vegetaŃiei a fost făcută cu cilindrii Kepecky. Figura 1 arată
productivitatea la capătul şi interiorul parcelelor după
încolŃire şi înainte de recotare. S-a ales un câmp în
aproprierea liniei copacilor astfel încât întoarcerea tractorului
să se facă pe câmp, pe cât posibil, făcându-se în acest fel
zona de la capătul parcelei. Zona a fost de 12 m lăŃime.
Tipul de sol a fost cernozian calcaros pe un platou de loess.
S-a aplicat tehnologia standard pentru producŃia de floareasoarelui care reclamă operaŃia de arat ca operaŃie de bază.
Precultura a fost reprezentată de soia. În perioada dintre
semănat şi recoltat au fost efectuate trei treceri, una pentru
cultivare între rânduri şi altele două pentru protecŃia florii
soarelui.
a) after sprouting / după încolŃire
b) before harvesting / înainte de recoltare
Fig. 1 - Observed field / Câmpul monitorizat
Applied production technology
Standard technology was applied to the sunflower
production which requires plowing as its basic form of
tillage (Table 1). The pre culture was soybean.
Tehnologia de producŃie aplicată
S-a aplicat tehnologia standard pentru producŃia de floarea
soarelui care necesită ca principală operaŃie de lucrat
pământul - aratul (Tabelul 1). Precultura a fost soia.
Tab. 1 - Technology applied for sunflower production / Tehnologia aplicată pentru producŃia de floarea soarelui
o
N /
Nr.
Agrotechnical operation /
OperaŃia agrotehnică
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Crop chopping / Tocarea culturilor
Basic fertilizing / Fertilizarea de bază
Plowing / Aratul
Seed bad preparation I / Pregătirea patului germinativ I
Seed bad preparation II / Pregătirea patului germinativ II
Sowing / Semănatul
ProtecŃia plantelor I
Inter-row cultivation / Prăşitul între rânduri
Plant protection II / ProtecŃia plantelor II
Harvesting / Recoltatul
Investigation of the soil chemical properties
Laboratory analysis included the following parametres:
Tractor / Tractor
Engine power / Mass
Putere motor
Masă
(kW)
(kg)
60
3900
99
5700
185
10875
185
10875
185
10875
99
5700
99
5700
60
3900
99
5700
221
12010
Implements / Instrumente
/ Working width / Mass
LăŃime de lucru
Masă
(m)
(kg)
2,8
1350
24
380
2,4
2820
9,6
2580
9,6
2580
8,4
1570
18
1450
4,2
786
18
1450
6
/
Investigarea proprietăŃilor chimice ale solului.
Analiza de laborator a inclus următorii parametrii:
93
Vol. 28, No.2 /2009
- pH-value was determined in the suspension of soil with
kalium chloride and suspension of soil with water (10g:25
3
cm ) potentiometrically, pH meter PHM62 standard Radiometer "Copenhagen"; pH meter PHM250 – Radiometer
"Copenhagen";
- the content of CaCO3 was determined volumetrically, using
Scheibler calcimeter ;
- the humus content was determined according to the Tjurin
method, by oxidation of organic matter;
- the total content of nitrogen was determined by CHNS
analyzer;
- easily accessible phosphor (obtained by extraction with
ammonium lactate) was determined by AL method, by Varian
Cary 3E spectrophotometer;
- easily accessible kalium (obtained by extraction with
ammonium lactate) was determined by AL method, on the "evans" flame
photometer.
-
-
-
valoarea ph a fost determinată în suspensia solului cu
clorură de potasiu şi în suspensia solului cu apă
3
(10g:25cm ) din punct de vedere potenŃiometric, aparat de
măsurat ph-ul PHM62 Standard Radiometru ”Copenhagen”;
aparat de măsurat ph-ul PHM 250-Radiometru ”Copenhagen”;
conŃinutul de CaCO3 s-a determinat volumetric
folosind aparatul de măsurat calciul Scheibler;
conŃinutul de humus a fost determinat în conformitate
cu metoda Tyrin, prin oxidarea materiei organice;
conŃinutul total de azot a fost determinat de
analizatorul CHNS;
fosforul uşor accesibil (obŃinut prin extracŃia cu lactat
de amoniu) a fost detrminat prin metoda AL, de
spectrofotometrul Varian Cary 3E;
potasiul uşor accesibil (obŃinut din extracŃia cu lactat
de amoniu) a fost determinat cu metoda AL.
Investigarea activităŃilor microbiologice din sol
Ele au fost monitorizate în conformitate cu numărul total de
microorganisme, bacterii azotate şi activitate de dehidrogenare.
Numărul de microorganisme a fost determinat după semănatul
unei suspensii de sol diluat pe un agar nutritiv corespunzător.
Numărul total de microorganisme s-a determinat în conformitate
cu metoda Pashan şi Tardinx (1963). Bacteriile azotate care
apar au fost determinat pe o farfurie Fyoder printr-o metodă de
implicare a picăturilor de fertilizare (Anderson, 1965). Numărul
de microorganisme a fost calculat pentru 1 gram de sol complet
uscat. Activitatea de dehidrogenare a fost determinată prin
metoda spectrometrică în conformitate cu Thalman (1968).
Investigation of the microbiological activities in soil
Microbiological activity was monitored according to the total
number of microorganisms, nitric bacteria and dehydrogenase
activity. The number of micro-organisms was determined after
sowing a diluted soil suspension on a suitble nutrient agar.
The total number of microorganisms was determined
according to the Poshon and Tardiux method (1963). Nitric
bacteria occurence was determined on Fyodor dish by a
method involving fertilizing drops (Anderson, 1965). The
number of micro-rganisms was calculated for 1 gram of
completely dry soil. Dehydrogenase activity was determined
by spectrometric method according to Thalmann (1968).
REZULTATE
După încolŃirea din 2008, compactarea solului a fost la 728 cm adâncime, 2,5 Mpa la capătul parcelelor şi 1,22
Mpa în interiorul câmpului (fig.2). Trecerea tractorului a
determinat compactarea solului mai intensă pe zona de
capăt de câmp faŃă de interiorul acestuia. De aceea,
creşterea compactării solului la capăt de câmp a fost de
67,70%-mai mare decât în partea interioară. În funcŃie de
adâncime, procentele de umiditate a solului au fost după
cum urmează: 19,76% la 0-10 cm, 21,49% la 10÷20 cm,
20,56% la 20÷30 cm, 19,80% la 30÷40 cm şi 19,63% la
40÷50 cm adâncime.
RESULTS
After the sprouting in 2008, the soil compaction was, at 728 cm depth, 2.5 MPa on the headlands, and 1.22 MPa
in the inner part of the field (Figure 2). The tractor traffic
caused the soil compaction on headlands to be more
intensified in comparison to the inner part of the field.
Therefore, the increase in the soil compaction on
headland was 67.70%, which was more than in the inner
part of the field. Depending on the depth, the soil
moisture percentages were as following: 19.76% at 0÷10
cm, 21.49% at 10÷20 cm, 20.56% at 20÷30 cm, 19.80%
at 30÷40 cm and 19.63% at 40÷50 cm depth.
2.5
Cone index (MPa)
2
1.5
1
0.5
0
0
3.5
7
10.5
14
17.5
21
24.5
28
31.5
35
38.5
42
45.5
49
52.5
Depth (cm )
Inner part
Headland
Fig. 2 - Intensity of soil compaction after sprouting / Intensitatea compactării solului după încolŃire
At the depth of 10–25 cm, the soil volume was 14.11
3
3
g/cm in the inner part, and 16.08 g/cm on the headland,
which was an increase of 13.44%. The soil moisture was
12.13% at the same depth.
More intensified soil compaction on headlands
created unfavourable conditions for the root system
development and poor microbiological activities, which
resulted in a difference between the yield realized on
the headland and inner part of the field (Table 2). Dry
La adâncimea de 10-25 cm, volumul solului a fost de
3
3
14,11g/cm în partea interioară şi 16,08 g/cm spre margini, ceea
ce a însemnat o creştere de 13,44%. Umiditatea solului a fost
de 12,13% la aceeaşi adâncime.
Compactarea mai mare la extremităŃi a creat conditii
nefavorabile de dezvoltare a sistemului radicular şi activităŃi
microbiologice reduse care s-au manifestat printr-o diferenŃă
din randamentul realizat la capăt de parcelă şi partea
interioară a câmpului (Tabelul 2). Randamentul de cereale
94
Vol. 28, No.2 /2009
grain yield differed by 9.13%, while the reduction in total
mass was 8.98%. Over the past years, the researches
indicated to even bigger differences in the yield. However, the
frequency of precipitation was favourable during the vegetation
period which was why the differences were not any bigger.
uscate a diferit cu 9,13% în timp ce reducerea masei totale a
fost de 8,89%. În ultimii ani, cercetăriile au indicat diferenŃe
chiar mai mari de randament. Totuşi, frecvenŃa precipitaŃiilor
a fost favorabilă în timpul perioadei de vegetaŃie, iată de ce
diferenŃele nu au fost mai mari.
Tab. 2 - Sunflower yield on headland and inner part of the field, at 11% of grain moisture /
ProducŃia de floarea soarelui în partea exterioară şi în cea interioară a câmpului la 11% umiditate boabe
Yield (t/ha) / ProducŃia
Inner part of the field / Headland / ExtremiŃătile
Interiorul câmpului
câmpului
9,37
8,53
3,47
3,14
o
N /
Nr.
Parameters / Parametri
1.
2.
Total mass / Masa totală
Dry grain mass / Masa de cereale uscate
The soil chemical properties were determined in order to
investigate more thoroughly the influence of soil compaction
on yield (Table 3).
An average humus content on headlands and inner part
of the field was almost the same, about 3.5% (Table 3).
Taking this into consideration, as well as the fact that over the
last two decades there was a decrease in the content of
humus in the soil of Vojvodina, it could be said that this soil is
rich in humus.
According to the nitrogen content, the taken samples
belong to the type of soil with adequate nitrogen level. The
nitrogen content on headlands and inner part of the field was
almost the same and it was, on average, 0.24%.
The values of the investigated macronutrients, phosphorus
and potassium, indicated that the examined soil taken from
the headlands had high content of these elements (Table 3).
The samples from the headlands contained more potassium
in comparison to the samples taken from the inner part of the
field. The average potassium content was 28.85 mg/100 g
on the headlands, while it was a bit lower for the inner part
of the field, 22.95 mg/100 g. The soil samples taken from
the inner part of the field contained more phosphorus than
those taken from the headlands. So, the average phosphorus
content in the inner part of the field was 59.57 mg/100g,
while it was 53.71 mg/100g on the headlands.
Decrease
/
Scăderea (%)
8,98
9,13
ProprietăŃile chimice ale solului au fost determinate
în scopul investigării detaliate a influenŃei compactării solului
asupra productivităŃii(Tabelul 3).
ConŃinutul mediu de humus în partea exterioară şi
interioară a câmpului a fost aproape aceeaşi 3,5%
(tabelul 3). Luând în consideraŃie că în ultimii zece ani a
avut loc o scădere a humusului în solurile din
Voievodina, s-ar putea spune că acest sol e sărac în
humus.
În conformitate cu conŃinutul de azot, mostrele luate
aparŃin tipului de sol, cu nivel corespunzător de azot. ConŃinutul
de azot din părŃile exterioare şi interioare ale câmpului a fost
aproape acelaşi şi anume, aproximativ 0,24%.
Valorile macro nutrienŃilor investigaŃi, fosfor şi
potasiu au indicat că solul examinat luat de pe
extremităŃi a avut un conŃinut mare al acestor elemente
(tabelul 3). Mostrele din capătul parcelelor au conŃinut
mai mult potasiu în comparaŃie cu cele luate din partea
interioară. ConŃinutul mediu de potasiu a fost de 28,85
mg/150 g pe margini şi mai puŃin mai scăzut în interior
22,95 mg/100g mostrele de sol luate din interior au
conŃinut mai mult fosfor decât acelea luate de la capătul
parcelelor. Astfel, conŃinutul mediu de fosfor din partea
interioară a câmpului a fost de 59,57 mg/100g, iar pe
margini de 53,71mg/100g.
Tab. 3 - Soil chemical properties / ProprietăŃile chimice ale solului
Location of soil samples
/ LocaŃia mostrelor de
sol
Headland / Capătul
parcelei
Inner part of the field /
Interiorul parcelei
pH
u KCl
u H2O
CaCO3
(%)
Humus
(%)
Total
N (%)
AL-P2O5
(mg/100 g)
AL-K2O
(mg/100 g)
7.59
8.50
9.40
3.58
0.24
53.71
28.85
7.64
8.63
10.08
3.52
0.24
59.57
22.95
The analysis of basic microbiological properties showed
that the number of the microorganisms was typical of fertile soil.
Depending on the group of microorganisms, this number varied
in the periods after the sprouting and before the harvesting.
The total number of microorganisms was higher in
August, before harvesting; the number of actinomycetes and
nitric bacteria was higher in April, after sprouting, and the
number of fungi was similar in the both sampling periods.
The soil compaction influenced only the reduction of the
total number of microorganisms, while other groups showed no
significant difference in their number on both the headlands and
inner part of the field.
The average number of microorganisms on the headlands was
6 -1
6 -1
78.14x10 g , and 125.56x10 g in the inner part of the field
(Table 4).
The average number of nitric bacteria on the headlands
2 -1
2 -1
was 27.1x10 g , and 27.2x10 g in the inner part of the field.
Analiza proprietăŃilor microbiologice de bază au arătat
că numărul de microorganisme a fost tipic pentru solul
fertil. În funcŃie de grupul de microorganisme, acest număr
a variat în perioadele după încolŃire şi înainte de recoltare.
Numărul total de microorganisme a fost mai mare în
august, înainte de recoltare; numărul de actinomiceŃi şi bacterii
azotate a fost mai mare în aprilie, după încolŃire iar numărul de
ciuperci a fost similar în ambele perioade de prelevare.
Compactarea solului a influenŃat doar reducerea
numărului total de microorganisme, în timp ce alte grupuri
nu au arătat nici o diferenŃă semnificativă ca număr atât la
capetele cât şi în interiorul câmpului.
Numărul mediu de microorganisme la marginile
6
-1
6
-1
parcelei a fost de 78.14x10 g şi 125.56x10 g
în
interiorul câmpului (tabelul nr. 4).
Numărul mediu de bacterii azotate la extremităŃile
2 -1
2 -1
parcelelor a fost de 27.1x10 g şi 27.2x10 g la interior.
95
Vol. 28, No.2 /2009
Tab. 4 - Microbiological soil properties / ProprietăŃile microbiologice ale solului
Microorganisms
Microorganisme
/
Total number / Numărul
6 -1
total: 10 g
Actinomycetes
/
4 -1
ActinomiceŃi: 10 g
4 -1
Fungi / Ciuperci: 10 g
Nitric bacteria / Bacterii
2 -1
azotate: Azb 10 g
Inner part of the field / Interiorul parcelei
Headlands / Capetele parcelei
After sprouting Before harvesting / Average / After sprouting / Before harvesting / Average
/ După încolŃire Înainte de recoltare Media
După încolŃire
Înainte de recoltare
/ Media
16.14
140,14.
78.14
16,71.
234.42
125.56
153.14
43.5
98.32
104.8
48.57
74.4
6.28
7.14
6.7
7.52
7.16
7.3
44.87
9.3
27.1
45.31
9.1
27.2
CONCLUSION
According to the these reasearches, the following
conclusions were drawn:
- it was concluded that an average increase in soil
compaction on the headlands was 67.70% ,with regard to
the inner part of the field,
- the soil volume was 14.11 g/cm3 in the inner part, and 16.08
g/cm3 on the headland, which was an increase of 13.44%;
- the yield on the headlands was reduced by about 9% in
comparison to the inner part of the field,
- the soil samples from the headlands and inner part of
the field had approximately the same content of humus,
nitrogen and other macronutrients;
In general, it can be stated that the number of
microorganisms is typical of fertile soil. This number was
higher in the inner part of the field, while the number of
actinomycetes was higher on the headlands. There were
no significant differences in the number of nitric bacteria
and fungi.
CONCLUZII
În conformitate cu aceste cercetări, au fost determinate
următoarele concluzii:
- o creştere medie a compactării solului pe extremităŃile
parcelei a fost de 67,7% faŃă de interiorul câmpului;
- volumul solului a fost de 14,11 g/cm3 în partea
interioară şi de 16,08 g/cm3 la extremităŃi, deci o
creştere de 13,44%;
- producŃia la extremităŃi s-a redus cu 9% în comparaŃie
cu cea din interiorul câmpului;
- mostrele de sol de la extremităŃile şi ionteriorul
câmpului au avut aproximativ acelaşi conŃinut de humus,
azot şi alŃi nutrienŃi;
În general s-a constat că numărul de
microorganisme este tipic pentru solurile fertile. Acest
număr a fost mai mare în partea interioară a câmpului,
iar numărul de actinomiceŃi a fost mai mare la capătul
câmpului. Nu există diferenŃe semnificative în ceea ce
priveşte numărul de bacterii azotate şi ciupercile.
REFERENCES / REFERINłE
[1]. Anderson, G.R. ,1965. : Ecology of Azotobacter in soil
of the palouse region I.Occurence. Soil Sci., 86, 57 –65.
[2]. ASAE Standard, Soil cone penetrometer, 1993.
[3]. Jarak M., ðurić S., Najdenovska O. (2004). The effect
of compacting of soil on the microbiological activity under
different plants. Tractors and power machines, Vol. 9, No.
4, p. 88-92.
[4]. Jarak M., Furman T., Gligorić R., ðurić S., Savin L.,
Jeličić Z. (2005). Soil properties and wheat and maize
yield on headland. Tractors i power machines, Vol. 10,
No. 3, p. 98-103.
[5]. Jarak M. e Hajnal T. (2006). The total number of
microorganisms, number of fungi and azotobacter in
compacted and noncompacted soil. Tractors and power
machines, Vol. 11, No. 5, p. 37-40.
[6]. Nikolić R., Savin L., Gligorić R., Furman T., Tomić M.,
Bertok Z.. (2003). The influence of soil compaction on
soybean and sunflower yield on headland. Tractors and
power machines, Vol. 8, No. 4, p. 141-144.
[7]. Nikolić R., Gligorić R., Tomić M., Hadžić V., Sekulić
P., Simikić M., Vasin J. (2004). The analysis of influence
of soil compaction on soybean and sunflower yield on
headlands. Tractors and power machines, Vol. 9, No. 4, p.
105-110.
[8]. Nikolić R., Savin L., Furman T., Tomić M., Gligorić R.,
Simikić M., Sekulić P., Vasin J., Kekić M., Bertok Z.
(2006). The influence of compaction on changes in soil
and maize, sunflower, soybean and sugar beet yield.
Tractors and power machines, Vol. 11, No. 5, p. 25-31.
[9]. Nikolić R., Savin L., Furman T., Tomić M., Gligorić
R., Simikić M., Sekulić P., Vasin J., Kekić M., Bertok Z.
(2007). The influence of compaction on changes in soil
and maize, sunflower, soybean and sugar beet yield.
Tractors and power machines, Vol. 12, No. 3, p. 42-48.
[10]. Pochon, J. and Tardieux, P. (1962): Techniques d
analzse en microbiologie du sol, Paris.
[11]. Savin L, Nikolić R, Simikić M, Furman T, Tomić M,
Gligorić Radojka, Jarak Mirjana, ðurić Simonida, Sekulić P,
Vasin J. 2008. The analysis of soil compaction influence on
sunflower yield and changes in soil on headlands and inner
part of fields, Contemporary Agricultural Engineering, 34(1-2):
87-96.
[12]. Simikić M, Nikolić R, Savin L, Hadžić V, Sekulić P, Jarak
Mirjana, Furman T, Tomić M, Vasin J. 2005. The influence of
tractors and mobile systems on contents of fertilizers in soil,
Tractors and power machines, 10(1): 21-98.
[13]. Schwngart H. (1991): Measurement of contact area,
contact pressure and compaction under tires in soft soil.
Journal of Teramechanics, Vol. 28, No. 4, p. 309-318.
[14]. Simikić M., Nikolić R., Savin L., Hadžić V., Sekulić
P., Jarak M., Furman T., Tomić M., Vasin J. (2005). The
influence of tractors and mobile systems on contents of
fertilizers in soil. Tractors and power machines, Vol. 10,
No. 1, p. 21-98.
[15]. Thalmann, A. (1968): Zur Methodikde Bestimmung
der Dehydrogenase aktivitat im Boden mittels
Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC). Landwirsch. Forsch.,
21, 249 – 257.
96
Vol. 28, No.2 /2009
RESEARCH REGARDING REDUCTION OF THE ENERGETIC CONSUMPTION AND
PRESERVATION OF THE AGRO PRODUCTIVE POTENTIAL OF THE SOILS CULTIVATED
WITH VEGETABLES BY USING A COMPLEX AGGREGATE
/
CERCETĂRI PRIVIND REDUCEREA CONSUMURILOR ENERGETICE ŞI CONSERVAREA
STRUCTURII SOLULUI PRIN UTILIZAREA UNUI AGREGAT COMPLEX DESTINAT
ÎNFIINłĂRII CULTURILOR LEGUMICOLE
*
*
Drd. eng. Constantin VLAD2 , Prof. dr. eng. Ioan CÂNDEA3, Dr. biol. Floarea BURNICHI4
*1, 3 - Senior researcher, Research-Development Station for Vegetable Growing Buzau, Romania; *2 - Professor
dr. eng. at the Transilvania University of Brasov
2
3
4
ABSTRACT
A CEEX research-development project accomplished by
the SCDL Buzau collective, among the others objectives
has included an experimental model of a complex
aggregate that execute in one step the preparing of
germinative bed, open the ditches, administering
fertilizers and sowing of the vegetable cultures in the
spring time of the ploughed in autumn soils.
The device used by the complex aggregate is made of a
dismountable crankshaft that is drive from the synchron power
take-off shaft and put in oscillatory movement tillers articulate
mounted with parallelogram mechanisms. On the inferior bar of
the parallelogram mechanisms there are mounted blades at a
45 degree angle with a help of a special clamping devices. The
blades are distributed so that they cover the whole area on the
furrow of 900 mm. The target of the preparing germinative bed
section was to aimed to crumble, aerate the soil and destroy
the weeds from the soil in the spring time.
The section was not stuff up with the soil, which was our
main fear. Assemblage of devices for opening the
ditches, modeling, administering starter fertilizers and
sowing it wasn’t a problem because all of them were made in
serialized manufacture at MAT Craiova plant.
The aggregate is mainly recommended for small and
medium farm. The tests have been made in the spring
time on soils ploughed in autumn that have been
macerated by the frost.
REZUMAT
Unul dintre obiectivele unui proiect de cercetare CEEX
realizat de colectivul de la S.C.DL. Buzău l-a constituit
realizarea unui model experimental de agregat complex
care să execute dintr-o singură trecere pregătirea patului
germinativ, deschiderea rigolelor, modelarea solului, administrarea
îngrăşămintelor starter şi semănatul culturilor de legume
primăvara în arătură efectuată toamna.
SecŃia de pregătit patul germinativ foloseşte un arbore cotit
acŃionat de la priza de putere a tractorului, care transformă
mişcarea de rotaŃie în mişcare oscilatorie, pe care o imprimă
unui element paralelogram pe latura inferioară a căruia se
află montate organe active în formă de lamă înclinate la 45
de grade, care execută mărunŃirea solului. Organele active
în formă de lamă sunt astfel repartizate încât pe lăŃimea de
lucru a brazdei de 900 mm execută două treceri suficiente
pentru a mărunŃi, a afâna solul şi a distruge buruienile
răsărite în primăvară.
SecŃia de pregătire a patului germinativ a dat rezultate
bune, ilustrate de indicii calitativi şi energetici de lucru.
Cuplarea organelor de deschis rigole a secŃiei de
fertilizat şi a secŃiei de semănat pe cadrul modelatorului
nu a pus probleme deosebite, subansamblele respective
fiind achiziŃionate de la uzinele de profil.
Agregatul complex este recomandat fermelor
legumicole mici şi mijlocii. Încercările au fost efectuate
primăvara în terenurile arate toamna.
Keywords: complex aggregate, fuel consumption, preserving
agro productive potential of the soil
Cuvinte cheie: agregat complex, consum de combustibil,
păstrarea poteŃialului productiv al solului
Introduction
In Romania and in other countries with a tradition in
vegetable growing, there have been developed
aggregates that make administering fertilizers and
sowing, or administering fertilizers and modelling the soil
in only one step. There have also been attempts to
execute in one step the preparing of the germinative bed
with the cutter coupled at the soil modelling machine but the
aggregates remained in the prototype phase or the
production has been stopped after a small number of copies.
Qualitative and energetical indices determination
The complex aggregate (Fig.1) made in the SCDL
Buzau’s mechanization laboratory within CEEX 43
project is dedicated to the small and medium vegetable
farms and it is made of the germinative bed preparing,
the ditch opening, the chemical fertilizers administering and
the sowing departments. The aggregate research has
been made in the research area of SCDL Buzau.
1. Preparing the germinative bed section (Fig. 2), that
works on the active organs blade type principle bent at
45 degrees with a oscillator movement, disposed on
Introducere
In Romania si in tarile cu traditie in legumicultura au fost
realizate agregate care fac dintr-o singura trecere
lucrarile de administrat ingrasaminte si semanatul sau
administrarea ingrasamintelor si modelarea solului. Au
existat de asemenea incercari de a se executa dintr-o
singura trecere pregatirea patului germinativ cu freza
cuplata la masina de modelat solul, insa agregatele au
ramas in stadiul de prototip sau fabricatia s-a oprit la un
numar mic de exemplare.
Determinarea indicilor energetici şi calitativi de lucru
Agregatul complex (Fig. 1) realizat in laboratorul de
mecanizare al SCDL Buzau, in cadrul proiectului CEEX 43
este destinat fermelor legumicole mici si mijlocii si este alcatuit
din sectiile de pregatire a patului germinativ, de deschis rigole,
de administrat ingrasaminte chimice si de semanat.
Incercarile agregatului au fost efectuate in campul de
cercetare al SCDL Buzau.
1. Sectia de pregatirea patului germinativ (Fig. 2), care
functioneaza pe principiul organelor active de tip lama inclinate la
45 grade cu miscare oscilatorie, dispuse pe trei tronsoane, cate
Senior researcher, Research-Development Station for Vegetable Growing Buzau, Romania
Professor dr. eng. at the Transilvania University of Brasov
Senior researcher, Research-Development Station for Vegetable Growing Buzau, Romania
97
Vol. 28, No.2 /2009
three sections, with seven active organs on a 900 mm
work area, displaced so that each active organ makes two
passes on the same work belt, gave satisfying results
regarding the fiability and the qualitative work index. The
aggregate has been tested in two contexts: directly in the
autumn ploughing and prepared with the disk harrow in the
spring time. No differences have been noticed in any of the
situations about the work quality, so that the main qualitative
indexes registered the below values:
- Soil crumbling degree: Gms = 92,4 %
- weed perish degree: Gdb = 98 %
sapte organe active pe o latime de lucru de 900 mm, decalate
astfel incat fiacare organ activ sa faca cate doua treceri pe
aceeasi banda de lucru, a dat rezultate satisfacatoare din punct
de vedere al fiabilitatii si indicilor calitativi de lucru. Testarea
agregatului s-a facut in doua ipoteze: executare lucrarii direct in
aratura de toamna si in teren arat in toamna si pregatit cu
grapa cu discuri in primavara. In ambele situatii nu au fost
remarcate diferente in ce priveste calitatea lucrarii, astfel
principalii indici calitativi de lucru au avut urmatoarele valori:
- Gradul de maruntire a solului : Gms = 92,4 %
- Gradul de distrugere a buruienilor: Gdb = 98 %.
Fig. 1 - Complex aggregate / Agregatul complex
Fig. 2 - Preparing the germinative bed section / Sectia de pregătirea patului germinativ
2. The soil modelling section is made of the arrow type
active organs, assembled on the aggregate frame in front
of the modelling section that helps forming the ditches,
level and compact the drill. The arrow type active organs
help adjust the work depth necessary especially on the
soils that have been compacted during the winter. The
qualitative indexes for the soil modelling department
registered the below values:
- The medium deviation comparing to the medium work
depth = 0,045 am;
- The maximum deviation = 0,093 am
- The standard deviation Sa = 0,045 am
- The work depth variation coefficient Ca = 0,044
- The soil levelling degree Gns = 95%
3. The fertilizing department, made of a bunker that has
two distribution machines on it’s inferior side, is in
serialized manufacture at MAT Craiova where it has
been purchased from and is mounted on the aggregate
frame behind the preparing of the germinative bed
section. The section has the role of administering the
starter fertilizer through two tubes placed in front of the
active organs of the preparing of the germinative bed
section, which incorporates it in the soil. The distributors are
2. Sectia de modelat solul este alcatuita din organele
active de tip sageata, montate pe cadrul agregatului in
fata sectiei de modelat care face formarea rigolelor,
nivelarea brazdei si compactarea acesteia. Organele
active tip sageata ajuta la realizarea adancimii de lucru
necesare in special in cazul terenurilor compactate in timpul
iernii. Indicii calitativi de lucru pentru sectia de modelat au
avut urmatoarele valori:
- Abaterea medie fata de adancimea medie de lucru am: =
0,045 am;
- abaterea maxima = 0,093 am;
- abaterea standard Sa = 0,045 am;
- coeficientul de variatie a adancimii de lucru Ca = 0,044;
gradul de nivelare a solului Gns = 95%
3. Sectia de fertilizat, alcatuita dintr-un buncar avand la partea
inferioara doua aparate de distributie, este in fabricatie de
serie la MAT Craiova de unde a fost achizitionata si este
montata pe cadrul agregatului in spatele sectiei de pregatit
patul germinativ. Sectia are rolul de a administra ingrasamantul starter
prin doua tuburi in fata organelor active ale sectiei de pregatirea
patului germinativ, care il incorporeaza in sol. Actionarea
distribuitorilor se face de la priza de putere sincrona a
tractorului prin intermediul arborelui cotit al sectiei de
98
Vol. 28, No.2 /2009
activated from the tractor’s synchronic power take-off through
the crankshaft of the germinative bed to a chain drive, a spiral
wheel spiral reducer and the final chain transmission. The
fertilizer feed is adjusted by changing the chain transmission
report and through the variation of the distributor’s active
surface, that ensures sowing norms between 50-400 kg/ha.
The fertilizing equipment is homologated by the builder
works and determining the qualitative work indexes is no
longer necessary.
pregatirea patului germinativ catre o transmisie cu lant, un
reductor melc roata melcata si transmisia cu lant finala.
Reglarea debitului de ingrasamant se face prin schimbarea
rapoartelor transmisiilor cu lant si prin variatia suprafetei
active a distribuitorilor, care asigura norme de semanat intre
50-400 kg/ha.
Echipamentul de fertilizare este omologat de uzina
constructoare si nu a mai fost necesara determinarea
indicilor calitativi de lucru.
Fig. 3 - Transmission for fertilizing and sowing section / Transmisia secŃiilor de ferti lizat şi semănat
Fig. 4 - Sowing section with double discs drill / SecŃia de semănat cu brăzdare dublu disc
The sowing section was made using the bins
endowed with seed distribution of the multifunctional
aggregate AM-9 machines, made by MAT Craiova and
consists in four seed bins with an adjustable active
surface, mounted on the aggregate frame, that receive the
movement through a chain transmission from the spiral wheel
spiral reducer, a chain transmission made of two groups with
seven chain wheels each and a chain transmission from the
agitators axis to the distributor axis (Fig. 3).
The sowing section transmission can make 24
transmission reports, and by adjusting the distributor’s active
surface according to the 10 gradations on the rules mounted on
the bins, the number of possible adjustments of the feed is 240.
The seed/hectare norm for the species in the
research is 1-30 kg/ha.
The sowing section is foreseen with tubes that drive
the seeds and double disk drilling on which are mounted
some work depth limitation cylinders (Fig. 4).
The double disk drills are mounted on a bar of the
cultivator through the parallelogram type devices that allow
copying the soil dishevelment maintaining the drills position
horizontal and in order to adjust the penetration force of the
drills the parallelogram elements are foreseen with springs that
are mounted in various positions.
As the seed bins have been taken over by a machine
in serialized manufacture and have been homologated,
Sectia de semanat a fost realizata utilizand buncarele
dotate cu aparate de distributie a semintelor ale agregatului
multifunctional AM-9, realizat de MAT Craiova si se compune
din patru buncare de seminte prevazute cu distribuitori cu
suprafata activa reglabila, montate pe cadrul agregatului, care
primesc miscarea prin intermediul unei transmisii cu lant de la
un reductorul melc roata melcata, o transmisie cu lant alcatuita
din doua grupuri cu cate sapte roti de lant si o transmisie cu
lant de la axele agitatorilor la axele distribuitorilor (Fig. 3).
Transmisia sectiei de semanat poate realiza 24 rapoarte
de transmisie, iar prin reglarea suprafetei active a distribuitorilor
corespunzator celor 10 gradatii existente pe riglele montate pe
buncare, numarul de reglaje posibile ale debitului este de 240.
Norma de samanta la hectar, asigurata pentru speciile luate
in studiu este de 1 – 30 kg/ha.
Sectia de semanat este prevazuta cu tuburi de conducerea
semintelor si brazdare dublu disc pe care se monteaza niste
cilindri de limitare a adancimii de lucru (Fig. 4).
Brazdarele dublu disc sunt montate pe o bara a
cultivatorului prin intermediul dispozitivelor tip paralelogram
care permit copierea denivelarilor solului mentinand pozitia
brazdarelor in plan orizontal, iar pentru reglarea fortei de
patrundere a brazdarelor elementele paralelogram sunt
prevazute cu resoarte care se monteaza in diferite pozitii.
Intrucat buncarele pentru seminte au fost preluate
de la un utilaj care exista in fabricatie de serie si au fost
99
Vol. 28, No.2 /2009
the qualitative work indexes have not been determined.
The energetic indexes: productivity and fuel consumption
totally favour the complex aggregate, with significant differences
(Tables 1, 2, 3, Figures 5, 6). In order to compare the productivities
for the traditional technologies with the complex aggregate
technology the productivity was calculated in hours/one ha.
omologate, indicii calitativi de lucru nu au fost determinati.
Indicii energetici: productivitatea şi consumul de combustibil
sunt favorabile agregatului complex, cu diferenŃe semnificative
(Tabelele 1, 2, 3, Graficele 5, 6). Pentru a putea compara
productivitatea tehnologiei clasice cu cea care utilizează
agregatul complex, aceasta a fost calculată în ore /ha.
Table 1 - Energetical indices of devices for setting up the vegetable crops – medium farms – classical version 1 /
Indici energetici ai agregatelor necesare infiintarii culturilor de legume – exploatatii mari – versiunea clasica 1
Work – Device /
Lucrarea –
Agregatul
Fertilization /
Fertilizat F6
Preparing the
germinative bed /
Pregatit pat
germinativ
GD-3,2
Opening of the
ditches / Deschis
rigole MDR-6
The modeling /
Modelat MMS-1,4
Sowing / Semanat
SUP-29
TOTAL
Work speed /
Viteza de
lucru
[Ws km/h]
Work width /
Latimea de
lucru
[Ww m]
Time use
coefficient /
Coef. folosire
timp lucru [Kr]
Effective
capacity /
Productiv.
efectiva
[Wef ha/h[
Effective capacity
/ Productiv.
efectiva
[Wef h/ha]
Fuel
consumption /
Consum de
combustibil
[Ql l/ha]
5,0
4.2
0,4
3,02
0,33
2,2
6,3
3,2
0,5
3,6
0,27
7.2
3,6
4,2
0,6
3,3
0,30
3,0
3,1
1,4
0,7
1,09
0,9
6,3
4,3
2,6
0,5
4,0
2,0
2,1
-
-
-
-
3,8
20,8
Table 2 - Energetical indices of devices for setting up the vegetable crops – small farms: classical version 2 /
Indicii energetici ai agregatelor care concura la înfiinŃarea culturilor de legume. Versiunea clasica 2
Work – Device /
Lucrarea –
Agregatul
Fertilization /
Fertilizat F2
Preparing the
germinative bed /
Pregatit pat
germinativ
FPL-1,4
Opening of the
ditches / Deschis
rigole MDR-6
The modeling /
Modelat MMS-1,4
Sowing /
Semanat SU-1,4
TOTAL
Work speed /
Viteza de
lucru
[Ws km/h]
Work width /
Latimea de
lucru
[Ww m]
Time use
coefficient /
Coef. folosire
timp lucru [Kr]
Effective
capacity /
Productiv.
efectiva
[Wef ha/h[
Effective capacity
/ Productiv.
efectiva
[Wef h/ha]
Fuel
consumption /
Consum de
combustibil
[Ql l/ha]
5,1
1,4
0,4
1,3
0,97
2,2
3,2
1,4
0,5
0,8
1,25
15
4,7
1,4
0,7
1,65
0,6
5,0
3,1
1,4
0,7
1,09
0,9
6,3
4,1
1,4
0,5
1,03
0,97
3,3
-
-
-
-
4,69
31,8
Table 3 -Energetical indices of the experimental model of complex aggregate /
Indicii energetici ai modelului experimental de agregat complex
Work – Device /
Lucrarea –
Agregatul
Work speed /
Viteza de
lucru
[Ws km/h]
Work width /
Latimea de
lucru
[Ww m]
Time use
coefficient /
Coef. folosire
timp lucru [Kr]
Effective
capacity /
Productiv.
efectiva
[Wef ha/h[
Effective capacity
/ Productiv.
efectiva
[Wef h/ha]
Fuel
consumption /
Consum de
combustibil
[Ql l/ha]
Preparing the
germinative bed,
fertilization, opening
of the ditches, the
modeling, sowing /
Pregatit patul
germinativ, fertilizat,
deschis rigole, modelat,
semanat AC-1,4
3,4
1,4
0,3
0,51
1,96
14,3
100
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 5 - Productivity efficiency / Productivitate
Fig. 6 - Consumption efficiency / Consumul de combustibil
Conclusions
The qualitative work indexes illustrate a good field
work of the complex aggregate. The preparing of the
germinative bed section has a simple, fiable construction,
with blade type organs, bent at 45 degrees, which make
the soil crumbling and the weed perish with a reduced
energetic consumption, because it selects the soil
particles without providing them with a very high kinetic
energy like the cutter. The blade type active organs have
a simple clamping system which makes it easy to mount
and change position in order to constitute the various
work schemes.
The preparing of the germinative bed section can
constitute the basis for making an agricultural machine that
adds to the existent agricultural machines system a machine
that completely reduces the horizontal rotor cutters that destroy
the soil structure, have high energy consumption and have a
negative impact on the environment.
The soil modelling section though coupling arrow
type active organs at the modelling device ensures an
optimal work depth regardless the soil compacting
degree and eliminates an extra work on the field.
The administration of the starter fertilizers while
sowing ensures a good healthy plant growth.
The sowing section is characterized by a larger
broad of sowing norms because of the several
transmission reports and the distributors with the variable
active surface and by the sowing depth consistency
ensured by coupling the machine frame with the drills
through parallelogram elements and through mounting
the depth limitation cylinders on the double disk drills.
The
energetic
indexes:
productivity,
fuel
consumption, sliding and qualitative work indexes totally
favour the complex aggregate, with significant
differences.
In order to be tested in production conditions in
2009 the aggregate will be put in use by the project
partners and the private producers.
Concluzii
Indicii calitativi de lucru ilustreaza o comportare buna in
teren a agregatului complex. Sectia de pregatire a patului
germinativ are o constructie simpla, fiabila, cu organe
active de tip lama, inclinate la 45 de grade, care fac
maruntirea solului si distrugerea buruienilor cu consum
energetic redus, intrucat sectioneaza particulele de sol
fara sa le imprime o energie cinetica foarte mare cum
este cazul frezelor. Organele active tip lama au un
sistem de prindere simplu fiind usor de montat si de
schimbat pozitia in vederea alcatuirii diferitelor scheme
de lucru.
Sectia de pregatire a patului germinativ poate constitui
baza pentru realizarea unei masini agricole care sa completeze
sistema de masini din agricultura cu un utilaj care sa reduca
pana la eliminare folosirea frezelor cu rotoare orizontale
care distrug structura solului, sunt mari consumatoare de
energie si au impact negativ asupra mediului.
Sectia de modelat solul prin cuplarea la dispozitivul
de modelat a organelor active tip sageata asigura o
adancime de lucru optima indiferent de gradul de
compactare a solului si elimina o trecere in plus pe teren.
Administrarea ingrasamintelor starter concomitent
cu semanatul asigura o dezvoltare viguroasa a plantelor.
Sectia de semanat se caracterizeaza printr-o plaja mare
de norme de semanat datorita multitudinii rapoartelor de
transmisie si distribuitorilor cu suprafata activa variabila si prin
constanta adancimii de semanat asigurata de cuplarea la
cadrul masini a brazdarelor prin elemente paralelogram
si prin montarea pe brazdarele dublu disc a cilindrilor de
limitare adancimii.
Indicii energetici: productivitate, consum de
combustibil, patinare si indicii calitativi de lucru pledeaza
net in favoarea agregatului complex, diferentele fiind
semnificative.
In vederea testarii in conditii de productie in anul 2009
agregatul va fi dat pentru a fi utilizat de partenerii de proiect
si producatorilor particulari.
REFERENCES
[1] Bernacki, H. Agricultural machines theory and
construction (vol. I), Warsaw, Published for U.S.
REFERENCES
[1] Bernacki, H. Agricultural machines theory and
construction (vol. I), Warsaw, Published for U.S.
101
Vol. 28, No.2 /2009
Department of Agriculture and the National science
Foundation, Washington DC, 1972.
[2] Marinescu, A, Mecanizarea lucrărilor în sere şi solarii,
Bucureşti, Editura CERES, 1973.
[3] Toma Dragos şi col. Agregate complexe cu mare
capacitate de lucru pentru semănat cereale păioase
prăşitoare şi legume, Studii şi cercetări de mecanică
agricolă nr. 2, Bucureşti, 1972.
[4] Trandafir, S., Mecanizarea lucrărilor în legumicultură,
Editura CERES, Bucureşti, 1971.
[5] *** DicŃionar de mecanică agricolă, Editura CERES,
Bucureşti, 1972.
Department of Agriculture and the National science
Foundation, Washington DC, 1972.
[2] Marinescu, A, Mecanizarea lucrărilor în sere şi solarii,
Bucureşti, Editura CERES, 1973.
[3] Toma Dragos şi col. Agregate complexe cu mare
capacitate de lucru pentru semănat cereale păioase
prăşitoare şi legume, Studii şi cercetări de mecanică
agricolă nr. 2, Bucureşti, 1972.
[4] Trandafir, S., Mecanizarea lucrărilor în legumicultură,
Editura CERES, Bucureşti, 1971.
[5] *** DicŃionar de mecanică agricolă, Editura CERES,
Bucureşti, 1972.
102
Vol. 28, No.2 /2009
STUDY OF THE AUTHENTICATION OF TECHNOLOGIES FOR THE POTATO CULTURE USED
WORLDWIDE AND IN ROMANIA
/
STUDIU DE FUNDAMENTARE A TEHNOLOGIILOR PENTRU CULTURA CARTOFILOR
PRACTICATE PE PLAN MONDIAL SI IN ROMANIA
PhD Student Ciaca Anca
Transilvania University of Brasov Departments of Mechanics, ROMANIA
Abstract:
The potato having as its main production-the tuber-in the
soil belongs to the cultures which suffer most from the
inadequate quality of the works. Through the change to
work mechanization, observing all fundamental factors,
the potato crop doubles and sometimes triples. The work
mechanization in the potato production emerged from the
necessity of doing the work from different technological
sequences in the circumstances of most severe workforce
shortages has become a main component of the
technological process of the increase in productivity of all
works concerned with the potato production.
The framework technology of potato growth stipulates the
arrangement in chronological order of the works executed
in the potato culture from the initiation to the harvesting
and capitalization. The study presents the agro technical
requirements which must be met and the deadlines for
the execution of works. The framework technologies are
executed for every type of culture according to its
destination:
seed,
food
consumption,
industrial
consumption and consumption for animal food.
The work mechanization in the potato culture is capable to
achieve at least two objectives as follows: the execution in
due course of the works and ensuring their proper quality.
The consequence is that through mechanization a larger and
more lasting crop is realized. The machines with which the
works in the technological process of cultivation, harvesting,
capitalization are executed are divided into two groups: the
group of the general purpose machines used for all
agricultural works such as those for the soil preparation,
culture maintenance, irrigation and transport and the group
of specific machines for the potato culture such as those for
planting, harvesting, sorting and calibrating as well as
production capitalization.
Rezumat:
Cartoful, avand productia principala-tuberculul-in pamant,
face parte din culturile care sufera cel mai mult din cauza
calitatii necorespunzatoare a lucrarilor. Prin trecerea la
mecanizarea lucrarilor, respectandu-se toti factorii de
baza, productia de cartof se dubleaza si uneori se
tripleaza. Mecanizarea lucrarilor in productia de cartof,
aparuta din necesitatea de a se efectua lucrarile din
diferite secvente tehnologice, in conditiile din ce in ce mai
acute a fortei de munca, a devenit o componenta
principala a progresului tehnic, a cresterii productivitatii
tuturor lucrarilor din cadrul productiei de cartofi.
Tehnologia cadru de cultura a cartofului prevede insiruirea
in ordine logica a lucrarilor ce se executa in cultura
cartofului, de la infiintare si pana la recoltare-valorificare.
In aceasta sunt precizate cerintele agrotehnice ce trebuie
respectate si termenele calendaristice de executare a
lucrarilor. Tehnologiile cadru sunt realizate pentru fiecare
tip de cultura, in functie de destinatia ei: samanta, consum
alimentar, consum industrial si consum in hrana
animalelor.
Mecanizarea lucrarilor in cultura cartofului este in masura
sa realizeze cel putin doua obiective si anume:
executarea la timp a lucrarilor si calitatea acestora.
Consecinta este ca, prin mecanizarea lucrarilor, se
realizeaza o productie mai mare si durabila. Masinile cu
care se pot executa lucrarile din procesul tehnologic de
cultivare-recoltare-valorificare se imparte in doua grupe:
grupa masinilor de uz general, folosite la toate culturile
agricole, cum sunt cele de pregatirea solului, intretinerea
culturii, irigat si transport; grupa masinilor specifice
lucrarilor din cultura cartofului, cum sunt cele de plantat,
recoltata, sortat si calibrat, precum si de valorificare a
productiei.
Key words: potato.
Cuvinte cheie: cartof.
Technological requirements that must be met by
tractors in potato cultivation technology
The biological and technological particularities of
potato cultivation impose constructive and functional
requirements which in general are met by tractors
manufactured in our country and worldwide. Asa
consequence of these particularities related especially to the
distance between the rows(700 or 750mm)to the fact that
the potato is grown in ridges which shorten the allowed
passage distance and to the necessity of prevention of
sinking the tractors must conform to the following:
a. The gauge of the front and back wheels should be
adjusted to 1400mm and 1500mm respectively;
b. The tire size should allow their framing between the
ridges without causing the sinking of the ridge sizes;
c. The specific ground pressure of the tractor wheels
should be low so that the sinking and its consequences
should be as low as possible;
d. The working pressure of the tires should ensure the
efficient use of tractors;
e. The tractor power and traction force should ensure the
correct aggregation and efficient use of the specific
equipment for the potato cultivation.
Cerinte tehnologice ce trebuie respectate de tractoare
in tehnologia de cultivare a cartofului
Particularitatile biologice si tehnologice ale culturii
cartofului impun tractoarelor cerinte constructive si
functionale care, in general, sunt satisfacute de
tractoarele realizate la noi in tara si pe plan mondial. Ca
urmare a acestor particularitati legate in mod deosebit de
distanta dintre randuri (700 sau 750 mm), de faptul ca,
cartoful se cultiva in biloane care micsoreaza distanta
admisa de trecere, si de necesitatea prevenirii fenomenului
de tasare, tractoarele trebuie sa respecte urmatoarele:
a. Ecartamentul rotilor din fata si din spate sa se poata
regla la 1.400 mm si respective la 1.500 mm;
b. Marimea pneurilor trebuie sa asigure incadrarea acestora
intre biloane fara a provoca tasarea flancurilor biloanelor;
c. Presiunea specifica pe sol a rotilor tractorului trebuie sa
fie mica, pentru ca tasarea si implicatiile acesteia sa fie
cat mai reduse;
d. Presiunea de lucru a pneurilor trebuie sa asigure
folosirea eficienta a tractoarelor;
e. Puterea tractoarelor si forta de tractiune trebuie sa
asigure agregarea corecta si folosirea eficienta a
masinilor specifice culturii cartofului.
103
Vol. 28, No.2 /2009
Agro technical and Technological Requirements Specific
for the Process of Mechanized Planting of Potato Tubers
The process of mechanized planting of potato tubers
is generally conditioned by a series of agro technical and
technological factors such as the distance between the
rows, the distance between tubers in the rows, the
planting depth and the shape of the ridge covering the
tubers. These factors have imposed on the tuber planting
machines, in time, a series of constructive solutions so
that higher working indicators should be met.
The distance between the tuber rows is mainly
influenced by the mechanization possibilities of planting,
maintenance and harvesting works.
The distance between tubers in the rows is as a rule
set according to the density of planting(the number of
nests per hectare)desired to be obtained during the working
process. The planting density in its turn is determined by the size
of seed potatoes used, a reason for which the production is not
influenced mainly by the average mass of tubers over the surface
unity but by their number.
The uniformity of the springing of a potato crop is
influenced to a large extent by the constant of the planting
depth. The research conducted showed that planting
depth varies according to the size of the tubers and the
planting age. But the most important element that must be
taken into account in determining this parameter is the
way in which harvesting is done because at greater
depths a larger amount of soil is broken down. Small
tubers are usually planted at a depth of 3-4cm while those
of medium size at 6cm measured from the tuber base
without the ridge .At the beginning of the optimal planting
period planting depth is higher(6- 8cm)whereas toward its
end the tubers are planted at lower depths. In the case of
cultures without ridges the most suitable planting depth is
4-12cm from the bottom share to the original surface soil.
In our country potato growing takes place at the
same time with the formation of land ridges. For this the
organs covering tubers that equip planting machines
retrieve the earth layer from the soil surface and deposit it
over the tubers. Thus a land ridge is being formed whose
cross section can be triangular or trapezoidal. Thus the tubers
can be covered with a layer of small and loose soil which is
easily penetrated by the solar heat and the most favorable
conditions for germination and development are ensured.
To meet the requirements of form and size of the
ridge in order to obtain optimal parameters of cultivation
such as the lateral distribution of tubers in the ridge,
reducing the number of green tubers or reducing losses at
harvesting, the cross section of the ridge is recommended
2
to have a value of about 600 cm .
Cerinte agrotehnice si tehnologice specifice
procesului de plantare mecanizata a tuberculilor de cartofi
Procesul de plantare mecanizata a tuberculilor de
cartof este conditionata, in general, de o serie de factori
agrotehnici si tehnologici, precum distanta intre randuri,
distanta intre tuberculi pe rand, adancimea de plantare si
forma bilonului ce acopera tuberculii. Acesti factori au impus
masinilor de plantat tuberculi de cartof, in timp, o serie de
solutii constructive, astfel incat sa se realizeze indicii de
lucru superiori.
Distanta intre randurile de tuberculi de cartof este
influentata, in principal, de posibilitatile de mecanizare a lucrarilor
de plantare, intretinere si recoltare.
Distanta intre tuberculi pe rand este, de regula, stabilita
in functie de densitatea de plantare (numarul de cuiburi la
hectar) dorita a se obtine in cadrul procesului de lucru.
Densitatea de plantare, la randul ei, este determinate de
marimea cartofilor pentru samanta utilizati, motiv pentru care
productia nu este influentata, in principal, de masa medie a
tuberculilor la unitatea de suprafata, ci de numarul lor.
Uniformitatea rasaririi unei culturi de cartof este
influentata in mare masura de constanta adancimii de plantare.
Cercetarile efectuate au aratat ca adancimea de plantare variaza in
functie de marimea tuberculilor si epoca de plantare. Dar, cel
mai important element de care trebuie sa se tina seama la
stabilirea acestui parametru este modul cum are loc
recoltarea, deoarece la adancimi mari se disloca o cantitate
mai mare de sol. Tuberculii mici se planteaza, de regula, la
adancimea de 3-4 cm, iar cei de marime mijlocie la 6 cm,
masurata de la baza tuberculului, fara bilon. La inceputul
perioadei optime de plantare, adncimea de plantare este mai
mare (6-8 cm); spre sfarsitul acesteia, tuberculii se planteaza la
adancimi mai mici. In cazul culturilor fara biloane, adacimea cea
mai potrivita pentru plantare este de 4-12 cm, masurata de la
fundul brazdei la suprafata initiala a solului.
In tara noastra cultura cartofului are loc cu formarea
de biloane de pamant. Pentru aceasta, organele de
acoperire a tuberculilor ce echipeaza masinile de plantat
preiau stratul de pamant de la suprafata solului si-l depun
peste tuberculi, formandu-se astfel un bilon, a carui sectiune
transversala poate fi triunghiulara sau trapezoidala. Astfel,
tuberculii sunt acoperiti cu un strat de sol maruntit si afanat, prin
care patrunde usor caldura solara si se asigura cele mai
prielnice conditii de incoltire si dezvoltare.
Pentru satisfacerea cerintelor de forma si marime a
bilonului, in scopul obtinerii unor parametrii optimi de cultivare,
precum distributia laterala a tuberculilor in bilon, reducerea
numarului de tuberculi inverziti sau reducerea pierderilor la
recoltare, sectiunea transversala a bilonului se recomanda a
2
avea o valoare de cca. 600 cm .
Fig. 1 - The diagram of the mode of incorporation of tubers in the soil a.-the working depth of a coulter, h-the depth of incorporation of
tubers,h1-the working depth of incorporation ridge organs,h-2 final height of the ridge /
Schema modului de incorporare a tuberculilor in sol: a- adancimea de lucru a brazdarului;h- adancimea de incorporare a tuberculilor;h1adancimea de lucru a organelor de bilonare;h2-inaltimea finala a bilonului.
104
Vol. 28, No.2 /2009
Types of machines manufactured worldwide and in
Romania
Planting potato tubers is a process that requires
high labor force. Consequently a gradual replacement of
manual, burdensome labor with mechanized means has
been imposed.
During
work
planting
machines
perform
simultaneously the following operations: opening trenches
where potatoes are to be deposited, retrieval of the potato
tubers from the supplying bunker of the machine and their
distribution one by one in the trench at the preset
distance, the coverage of tubers through the formation of
a ridge or leveling the ground surface.
From the analysis of the constructive achievements and
works published in the country and worldwide it results that the
research carried out by specialized companies has
concentrated on the following constructive sets of planting
machines: devices for retrieval and distribution of potato tubers,
devices for opening a trench and devices for covering the tubers.
The apparatus for the retrieval and distribution of
potatoes (commonly called the distribution apparatus)
represents the most important component of machine
planting having a decided role in obtaining the uniformity of
distribution in terms of distance between tubers in a row.
Types of apparatus for the retrieval and distribution of
potato tubers: retrieval and distribution device with needles,
retrieval and distribution device with disk, retrieval and
distribution devices of vertical disk type with flaps and
pinchers, retrieval and distribution device of vertical type
with spoons and supporting fingers, retrieval and
distribution device with cups mounted on the disk, retrieval
and distribution device with blades(fingers)mounted on the
disk, distribution device of conveyor with cups type.
Opening trench devices
The necessity of formation in the working process of
trenches proper to the planting depth imposed by agro
technical requirements led to the emergence of several
constructive variants of trench opening devices called
coulters. Whatever the solution adopted, the penetration
of these coulters in the soil takes place with ease for all
surveyed models. From the multitude of constructive
solutions adopted three models emerge as relevant:
The wedge type coulter:
Tipuri de masini realizate pe plan mondial si in
Romania
Plantarea tuberculilor de cartof este un proces care
necesita un consum mare de forta de munca si, din acest
considerent, s-a impus inlocuirea treptata a muncii manuale,
anevoioase, cu mijloace mecanizate.
In timpul lucrului masinile de plantat efectueaza
simultan urmatoarele operatii: deschiderea de rigole, unde
urmeaza sa fie dispusi tuberculii de cartof; preluarea
tuberculilor de cartof din buncarul de alimentare al masinii
si distribuirea lor, unul cate unul, in rigola, la distanta
prestabilita; acoperirea tuberculilor prin formarea unui
bilon sau prin nivelarea suprafetei solului.
Din analiza realizarilor constructive si a lucrarilor
publicate, in tara si pe plan mondial, rezulta ca, cercetarile
efectuate de firme specializate s-au concentrate asupra
urmatoarelor ansambluri constructive ale masinilor de plantat:
aparate de preluare si distributie a tuberculilor de catof, organe
de deschidere a rigolei si organe de acoperire a tuberculilor.
Aparatul de preluare si distributie a tuberculilor de cartof
(numit in mod frecvent aparat de distributie) reprezinta
ansamblul cel mai important din componenta masinilor de
plantat, avand rol hotarator in obtinerea uniformitatii de
distributie in ceea ce priveste distanta intre tuberculi pe rand.
Tipuri de aparate, de preluare si distributie a tuberculilor de
cartof: aparat de preluare si distributie cu ace; aparat de
preluare si distributie de tip disc; aparat de preluare si
distributie de tip disc vertical cu clapete si pinteni; aparat de
preluare si distributie de tip vertical cu lingurite si degete
sustinatoare; aparat de preluare si distributie cu cupe
montate pe disc; aparat de preluare si distributie cu palete(
degete) montate pe disc; aparat de distributie de tip
transportor cu cupe.
Organe de deschidere a rigolei
Necesitatea formarii in procesul de lucru a unor
brazde, corespunzatoare adancimii de plantare, impusa de
cerintele agrotehnice, a condus la aparitia mai multor
variante constructive de organe de deschidere a rigolei, denumite
brazdare. Indiferent de solutia adoptata, patrunderea acestor
brazdare in sol se desfasoara, la toate modelele observate,
cu usurinta. Din multitudinea de solutii constructive
adoptate, se desprind ca relevante trei modele si anume:
Brazdarele de tip pană
Fig. 2 - Coulter with loosening knife / Brazdar cu cutit de afanare
Fig. 3 - Coulter with evacuation device / Brazdar cu dispozitiv de evacuare:
1- ridge, 2-retrieval room, 3-rotor / 1-brazdar, 2-camera de primire, 3-rotor
105
Vol. 28, No.2 /2009
The manufacture of coverage organs for potato
tubers
The coverage of potato tubers during the planting
process can be done with the formation of ridges. In the
case of ridging, ridging organs manufactured worldwide in
two constructive variants are used:
ridging organs with discs
Constructia organelor de acoperire a tuberculilor de
cartof
Acoperirea tuberculilor de cartof, in procesul de
plantare, se poate face cu formare de biloane. In cazul
bilonarii, se utilizeaza organe pentru bilonare, realizate pe
plan mondial, in doua variante constructive:
organe de bilonare cu discuri:
Fig. 4 - Tuber covering organs of disc type / Organe de acoperire a tuberculilor de tip disc
Ridging organs with butting plough / Organe de bilonare cu rarita
Fig. 5 -Covering organs of butting plough type / Organe de acoperire tip rarita
Potato tubers planting machines manufactured
worldwide:
The multitude of companies producing machines for
planting potato tubers offers a wide range of constructive
solutions able to meet the demands imposed by agro
technical requirements and achieve notable performance
regarding indicators of work quality.
Companies manufacturing machinery for planting
potato tubers worldwide: Agrostov Prostejov (4SaBp-75/10
6 SAD-75)the Cramer company (minor and junior range),
Hassia company (KLS-2, KLS-2ELA, KLS-2ELK, KLS-6BZ-6)
THE Gruse Ccmpany, the Reekie company (Scotland),
Kverneland (Norway). In Romania the potato planting
machine is MPC-2x017.
Masini de plantat tuberculi de cartof fabricate pe plan
mondial
Multitudinea firmelor producatoare de masini de
plantat tuberculi de cartof ofera o paleta larga de solutii
constructive, capabile sa raspunda exigentelor impuse de
cerintele agrotehnice si sa realizeze performante notabile
privind indicii calitativi de lucru.
Firme producatoare de masini pentru plantat tuberculi de
cartof de pe plan mondial: firma Agrostroj Prostejov (4 SaBp75/10, 6 SAD-75); firma Cramer (gama minor si junior); firma
Hassia (KLS-2, KLS-2ELA, KLS-2ELK, KLS-6BZ-S ); firma
Gruse (Germania); firma Reekie (Scotia); firma Kverneland
(Norvegia). In Romania, masina de plantat tuberculi de cartofi
este MPC-2x0,17.
Machines and technologies for potato harvesting
Potato harvesting is one of the most important
technologies on whose success depend largely the
achievement of economic–financial provisions as well as
the materialization of effective efforts to obtain high potato
crops. Being limited in time because of possible
emergence of white frost and early frosts or heavy rainfall
that cause important loss of crop the mechanized
harvesting of potato requires a high concentration of
mechanized means and manpower in a period of
maximum load as well as for other agricultural works.
The technology for growing potatoes in its modern
conception based on results with a special significance for
economic efficiency is the flow harvesting technology.
This means preparing the crop for harvesting, harvesting
and separation of impurities from potatoes and transportation.
Masini si tehnologii de recoltarea a cartofului
Recoltarea cartofului constituie una dintre cele mai
importante activitati, de reusita acesteia depinzand in cea mai
mare parte realizarea prevederilor economico-financiare, cat si
materializarea efectiva a eforturilor depuse pentru obtinerea unor
productii mari de cartof. Fiind limitata in timp din cauza unor
posibile aparitii a brumelor si ingheturilor timpurii sau a
precipitatiilor abundente care provoaca insemnate pierderi de
recolta, recoltarea mecanizata a cartofului impune o mare
concentrare de mijloace mecanizate si forta de munca intr-o
perioada de incarcare maxima a acestora si la alte lucrari din agricultura.
Tehnologia de cultivare a cartofului in conceptia
moderna, care are la baza rezultate cu o semnificatie
deosebita privind eficienta economica, este tehnologia de
recoltare in flux. Prin aceasta se intelege: pregatirea culturilor in
vederea recoltarii, recoltarea si separarea impuritatilor din cartofi; la
106
Vol. 28, No.2 /2009
In this way the conclusion of potato harvest is materialized in the
operations of qualitative and quantitative determination, storage
and shipment to a customer.
In the intensive fully mechanized potato culture the
mincing of potato haulm and late weeds is done before
harvesting for further work to be of superior quality
without injuries and losses, with maximum efficiency.
acestea se adauga si transportul; in acest fel faza de incheiere a
recoltarii cartofului se concretizeaza in operatiile de determinare calitativa
si cantitativa, depozitarea sau expedierea la beneficiar a cartofului.
In cultura intensive a cartofului, complet mecanizata, se
executa, inaintea recoltarii, tocarea vrejilor de cartof si a buruienilor
tarzii pentru crearea de conditii ca lucrarea ulterioara sa fie de
calitate superioara, fara vatamari si pierderi, cu randament maxim.
Requirements for mechanized potato harvesting
The agro technical requirements imposed for
machines harvesting potatoes are:
to break down together with the soil the whole mass of
potatoes regardless the agrobiological requirements;
to ensure the separation of earth, stones and the
remains of the potato plant;
to be able to work in lands where the potato is grown
economically;
the process of dislocation, separation and transportation
should not cause harm to the potato allowing serious
injury to potatoes during harvesting up to 2.5%;
to ensure the complete harvesting of potatoes allowing
a loss of 3%;
to harvest simultaneously 1,2,3 or 4 rows satisfying all the
mentioned agrotechnical requirements;
speed work should ensure a more effective process of
harvesting but not>4km/h;
harvested potatoes can be gathered as appropriate
directly in the transportation means, in their own bunker
in bags or containers.
Cerinte privind recoltarea mecanizata a cartofului:
Cerintele agrotehnice ce se impun masinilor pentru
recoltarea cartofului sunt urmatoarele:
- sa disloce impreuna cu solul intreaga masa de cartofi,
indiferent de caracteristicile agrobiologice;
- sa asigure separarea pamantului, a pietrelor si a
resturilor vegetale din cartofi;
- sa poata lucra in soluri in carte se cultiva economic cartoful;
- in procesul de dislocare, separare si transport san nu
provoace vatamari ale cartofilor. Se admit vatamari
grave ale cartofilor in procesul de recoltare pana la 2,5%;
- sa asigure recoltarea integrala a cartofilor, admitanduse pierderi de 3%;
- sa recolteze simultan 1,2,3 sau 4 randuri indeplinind toate
cerintele agrotehnice mentionate;
- viteza de lucru sa asigure o eficacitate cat mai mare
procesului de recoltare, dar sa nu fie >4km/h;
- cartofii recoltati sa poata fi adunati, dupa caz, direct in
mijloacele de transport, in buncar propriu, in saci sau in
containere.
Conclusions
To further separate clods from potatoes the
manufactured constructions can be grouped as follows:
Devices mounted on combines
Devices that are made as separate machines and work
in the stationary with material brought from the combines.
But both groups have the same principles at work
considering the physical and mechanical properties of the
components of the mixture (potatoes, clods, stones,
vegetable scrap.
Regarding separators, taking account of their
functionality, they may be grouped as: primary separation
systems, crunching clods systems, systems for the final
separation, the selective crunch, the extra system of
crunching and separation, the intensive separation system.
The process of harvesting potatoes requires that
from the mass of tubers impurities should be eliminated
entirely (clods, stones, vegetable scrap) as well as the
diseased and mechanically harmed potatoes. Also,
depending on the destination it is necessary to achieve at the
same time the calibration of potatoes according to group
sizes(for consumption, seed, industrial use or animal feed).
The current construction of harvesting machines cannot
achieve full operation of the technological process of
harvesting which means that it is not possible that they should be
achieved as a continuous process with a single mobile machine.
For these reasons the potato harvest was divided into:
a. the harvesting itself which is characterized by potato
dislocation, partial separation of impurities and diseased
and harmed potatoes;
b. the sorting out and sizing characterized by total
elimination of earth, plant remains, of diseased and
harmed potatoes as well as the grouping by size of
potatoes according to destination.
Concluzii
Pentru rezolvarea separarii suplimentare a bulgarilor de
pamant din cartofi, constructiile realizate, se pot grupa astfel:
dispozitive montate pe combine;
dispozitive care sunt realizate ca masini separate si
lucreaza la stationar cu materialul adus de la combine.
Ambele grupe au insa la baza aceleasi principii de
lucru, avand in vedere proprietatile fizico-mecanice ale
componentelor amestecului (cartofi, bulgari de pamant,
pietre, resturi vegetale).
In ceea ce priveste separatoarele, tinand seama de
functionalitatea lor, acestea se pot grupa in: sistemele de
separare primara; sistemele de sfaramat bulgari; sistemele de
separare finala; sistemul selectiv de sfaramare; sistemul
suplimentar de sfaramare-separare; sistemul intensive de separare.
Procesul de recoltare a cartofilor impune ca din
masa de tuberculi sa fie eliminate in totalitate impuritatile
(bulgari de pamant, pietre, resturi vegetale), cartofii
bolnavi si cei vatamati mecanic. De asemenea, in functie de
destinatie, este necesar sa se realizeze in acelasi timp
calibrarea cartofilor pe grupe de marimi (pentru consum,
samanta, industrie sau pentru folosirea in hrana animalelor).
Actualele constructii de masini de recoltat nu pot realiza in
totalitate operatiile din procesul tehnologic de recoltare,
adica nu este posibil ca acestea sa fie realizate intr-un
proces continuu cu o singura masina mobila.
Din aceste considerente procesul de recoltare al
cartofilor a fost divizat in:
a. recoltarea propriu-zisa, care este caracterizata prin
dislocarea cartofilor, separarea partiala a impuritatilor si a
cartofilor bolnavi si vatamati;
b. sortarea si calibrarea, caracterizate prin eliminarea totala a
pamantului, resturilor vegetale, a cartofilor bolnavi si
vatamati, precum si fractionarea pe marime a cartofilor in
functie de destinatie.
[1] Specht A., Recoltarea cartofilor fara vatamari.
“Landechnik” 1,2/1996;
[2] Transportor sortor-separator, Brevete de inventii nr.
74144/21.02.1978;
[3] Berndei M., Bria N. Mecanizarea lucrarilor in productia
de cartof, Editura Ceres 1982;
[4] V.Scripnic P.Babiciu, Masini Agricole, Editura
CEREAS Bucuresti, 1979.
107
Vol. 28, No.2 /2009
REDUCING ENERGY CONSUMPTION FOR PIG DEPILATE MACHINES BY OPTIMAL
POSITION OF ROLLERS
/
REDUCEREA CONSUMULUI ENERGETIC AL MAŞINILOR DE DEPILAT PORCINE PRIN
POZIłIONAREA OPTIMĂ A VALłURILOR
Prof. PhD.Eng. Carol CSATLOS
„TRANSILVANIA”University of Braşov
Abstract: The power consumption of machines with
horizontal flow to depilate pigs is estimated to maximum
load. These machines are made with two or three rolls
(support and depilatories). Depending on their
geometrical dimensions and positioning to the animal
carcass which is subjected to depilation, couple can vary
within limits relatively high. This paperwork aims to
highlight and optimize the main geometrical and
dynamic elements that can favor the reducing energy
consumption of these machines.
Rezumat: Consumul de putere al maşinilor cu flux
orizontal de depilat porcine se estimează pentru cazul
sarcinii de încărcare maxime. Aceste maşini se
realizează cu două sau trei valŃuri (de sprijin şi de
depilare). În funcŃie de dimensiunile lor geometrice şi de
poziŃionarea faŃă de carcasa animalului supus depilării,
momentele de rotaŃie pot diferi în limite relativ mari.
Lucrarea prezentată urmăreşte evidenŃierea şi optimizarea
principalelor elemente geometrice şi dinamice care pot
favoriza reducerea consumului energetic al acestor maşini.
Keywords: pig depilate, slaughtering
Cuvinte cheie: depilare, abatorizare
1. Generalities
The depilating operation occurs after total or partial
scalding of pigs. Depilation can be performed manually
with knives and metal cones, in the case of
slaughterhouses of reduced capacity (fewer than 50 pigs
per day), or using mechanized machinery specialized
moving horizontally or vertically the carcasses.
Uprooting the hair in the depilating machines is made by
means of cadmium steel scraper fixed at the free end of
some rubber blades, which in their turn are attached to
drums with diameters, rotation ways and different
angular speeds. For driving-off the hair pulled-out by the
depilatory, during the process of depilation of carcasses
they are sprinkled with hot water having a temperature
0
of approx. 65 C. The best results are obtained only if the
scalding is immediately followed by depilation, without
leaving time intervals which can favored some rigid links
between hair and cells where the roots are fixed.
The physical principle of depilation lies in acting upon
the hairs with a force capable of hanging them out,
without producing mechanical damage of skin or under
skin layers.
The necessary force for depilation is obtained from the
drum where there are elastically fixed scrapers which
comes directly in contact with the hair. Usually the
mechanical operation of depilation has duration of 20÷30 s.
1. GeneralităŃi
OperaŃia de depilare are loc după opărirea totală sau
parŃială a porcinelor. Depilarea se poate efectua manual
Cu ajutorul cuŃitelor şi conurilor metalice , în cazul unor
abatoare de capacitate redusă ( mai puŃin de 50 de
porcine pe zi), sau mecanizat cu ajutorul maşinilor
specializate cu deplasarea carcaselor în poziŃie
orizontală sau verticală. Smulgerea părului în maşinile de
depilat se face cu ajutorul unor raclete din oŃel cadmiat
montate la capătul liber al unor palete din cauciuc, care la
rândul lor sunt fixate pe tambure cu diametre, sensuri de
rotaŃie şi viteze unghiulare diferite. Pentru antrenarea părului
smuls de depilator, în timpul depilării carcasele sunt stropite
o
cu apă caldă având temperatura de cca. 65 C. Cele mai bune
rezultate se obŃin numai în cazul în care opărirea este imediat
urmată de depilare, fără a se lăsa intervale de timp care să
favorizeze rigidizarea legăturilor dintre firele de păr şi alveolele
în care rădăcinile lor sunt fixate.
Principiul fizic al depilării constă în acŃionarea asupra
firelor de păr cu o forŃă capabilă să le disloce, fără a
produce vătămări mecanice ale straturilor cutanate sau
subcutanate.
ForŃa necesară depilării se obŃine de la tambure pe
care se montează elastic raclete ce vin în contact
nemijlocit cu părul. De regulă operaŃia mecanică de
depilare are o durată de 20÷30 s.
2. Principles of work specific to mechanical depilation
As a point of view of the working way, the depilating
machines can be: with discontinuous and continuous
functioning. Generally the depilates used form removing
the hair after scalding use the traction method by lateral
contact between the working device and the animal
carcass. Depilation by this method is possible because
the layers of skin and the contiguous layers shows
resistance to the hair
2. Principii de lucru specifice depilării mecanice
Din punct de vedere al modului de lucru, maşinile de
depilat pot fi: cu funcŃionare discontinuă şi cu funcŃionare
continuă. În general depilatoarele folosite pentru
îndepărtarea părului după opărire folosesc metoda de
tracŃiune prin contactul lateral dintre organul de lucru şi
carcasa animalului. Depilarea prin această metodă este
posibilă datorită faptului că pielea şi straturile adiacente
prezintă rezistenŃă la scoaterea
hair
skin
Fig. 1 - The unitary effort variation of σ depending by the specific length ε / VariaŃia efortului unitar σ în funcŃie de lungirea specifică ε
108
Vol. 28, No.2 /2009
removal under the action of friction forces which appears at
the surface between hair and skin, it’s slipping being stopped
by the skin which is more elastically and can be easily
stretch.
Hair being rougher, takes a greater effort than the of
one expanding the skin under the normal force pressure
upon the active working device, for the same specific
elongation ε (Figure 1). Therefore, when the traction
force of hair is greater than the restraint force, it comes
aut from the skin.
In the case of lateral depilation, the normal size of
pressing can be determined for two separate cases:
a. In the case where we can take into consideration
only the restraint force of hair, and the inertia one and the
friction one;
b. In the case we take into consideration, besides the
forces mentioned above, the ones of skin stretching and
the ones of slipping of working device of the machine.
Since in the first case are introduced simplifying
hypothesis that do not take into account the extent of
skin and the active slipping device of depilation upon the
surface of carcass, for a complete dynamic analysis these
effects can not be neglected.
Simplified loading scheme figure 2. It follows that
the strength of hair wrench is:
F = µ ⋅ N = k ⋅ ( Fr + Fi ) ⋅ z + µ0 ⋅ N ,
(1)
părului sub acŃiunea forŃelor de frecare ce apar la
suprafaŃă între păr şi piele, alunecarea acestuia fiind
împiedicată de pielea care este mai elastică şi se întinde
mai uşor.
Părul fiind mai dur, preia un efort mai mare decât cel
de întindere al pielii sub acŃiune forŃei normale de
apăsare a organului activ de lucru, pentru o aceeaşi
lungire specifică ε (figura 1). De aceea, atunci când forŃa
de tracŃiune a firului de păr este mai mare decât cea de
reŃinere, acesta iese din piele.
În cazul depilării prin contact lateral, mărimea forŃei
normale de apăsare se poate determina pentru două
cazuri distincte:
a. Cazul în care sunt luate în considerare numai forŃa de
reŃinere a părului, cea de inerŃie şi cea de frecare;
b. Cazul în care se iau în considerare, pe lângă forŃele
de mai sus, cele de întindere a pielii şi de alunecare a
organului de lucru a maşinii.
Având în vedere că în primul caz sunt introduse
ipoteze simplificatoare prin care nu se Ńine seama de
întinderea pielii şi de alunecarea organului activ de
depilare pe suprafaŃa carcasei, pentru o analiză dinamică
completă aceste efecte nu pot fi neglijate.
Schema de încărcare simplificată este reprezentată în figura 2.
De aici rezultă că forŃa de smulgere a firelor de păr este:
F = µ ⋅ N = k ⋅ ( Fr + Fi ) ⋅ z + µ 0 ⋅ N
(1)
where: N – is the normal force of pressing, N; µ - friction
coefficient between hair and working device of the
depilating machine; k – substitute coefficient for the
pulling-out force (k=1,1…1,3);
Fr – the restraint force of a hair, N; Fi – the inertia force
of a hair, N; z – the number of hairs simultaneously
pulled-out by the working device (take into account the
number of threads per length unit, and by the width of
the working device and its performance); µ0 – friction
coefficient betwen hair and pig skin. The inertia force and
the one of restraint of hair is determined by the relations:
în care: N este forŃa normală de apăsare, N; µ coeficientul de frecare dintre păr şi organul de lucru al
maşinii de depilat; k - coeficient de rezervă pentru forŃa
de smulgere (k=1,1…1,3);
Fr – forŃa de reŃinere a unui fir de păr, N; Fi – forŃa de
inerŃie a unui fir de păr, N; z – numărul de fire smulse
simultan de organul de lucru (Ńine seama de numărul de
fire pe unitatea de lungime, de lăŃimea organului de lucru
şi randamentul acestuia); µ0 – coeficientul de frecare
dintre păr şi piele. ForŃa de inerŃie şi cea de reŃinere a
firului de păr se determină cu relaŃiile:
Fi =
m ⋅v 2
2 ⋅l 0
Fr =
ln v1 − ln b
a ⋅n
,
(2)
where: v – represents the tangential speed of deeply
rollers ating device, m/s; v1- the pulling-out speed of
hair, m/s; m – the hair mass, kg; l0 – the distance
crossed by the hair during pulling-out, m;
a,b – experimental constants which depends by the
the kind and the hair length pulled-out, with the
following experimental values: a = 3,3 for big and thick
-6
hair and 7,3 for hair of middle dimension and b = 10 ;
n – weakness coefficient of restraint force after
scalding (n = 8…10).
Fi =
m ⋅v 2
2 ⋅l 0
Fr =
ln v 1 − ln b
a ⋅n
,
(2)
în care v reprezintă viteza periferică a organului de
depilare, m/s; v1- viteza de smulgere a părului, m/s; m –
masa unui fir de păr, kg; l0 – distanŃa parcursă de păr în
timpul smulgerii, m;
a,b – constante experimentale dependente de specia şi
mărimea părului smuls, cu următoarele valori
experimentale: a = 3,3 pentru părul mare şi gros şi 7,3
-6
pentru păr de dimensiune mijlocie iar b = 10 ; n –
coeficient de slăbire a forŃei de reŃinere după opărire (n =
8…10).
Fig. 2 - The principle scheme of mechanical depilation / Schema de principiu a depilării mecanice
109
Vol. 28, No.2 /2009
From the relation 1 results the normal expression force:
N=
k ⋅( Fr + Fi )⋅ z
.
µ − µ0
(3)
Din relaŃia 1 rezultă expresia forŃei normale:
N=
k ⋅( Fr + Fi )⋅ z
.
µ − µ0
(3)
If we take into account the slipping force between the
active device and skin and also by the stretching of skin
during the working process, the pulling-out force becomes:
F = k ⋅ ( Fr − Fi ) ⋅ z + F f + Fp + Fa ,
(4)
Dacă se Ńine seama de forŃa de alunecare dintre organul
activ şi piele precum şi de întinderea pielii pe parcursul
procesului de lucru, forŃa de smulgere devine:
F = k ⋅ ( Fr − Fi ) ⋅ z + F f + Fp + Fa ,
(4)
where: Fr şi Fi, - have the same meaning, and they are
determined in the same way just like in the precedent
case; Ff – the friction force between skin and hair, N;
Fp – the streching force of skin during pulling – out the
hair, N; Fa- the friction force by slipping between the
surface of skin and the working device, N. The
calculus expressions of those are:
în care: Fr şi Fi, au aceeaşi semnificaŃie, şi se determină
la fel ca în cazul precedent; Ff – forŃa de frecare dintre
piele şi păr, N; Fp – forŃa de întindere a pielii pe parcursul
smulgerii părului, N; Fa- ForŃa de frecare prin alunecare
dintre suprafaŃa pielii şi organul de lucru, N. Expresiile de
calcul ale acestora sunt:
Ff = γ ⋅ µ0 ⋅ N
F p = γ 1 ⋅σ ⋅δ ⋅ l
,
(5)
F a = (1 − λ ) ⋅ µ 1 ⋅ N
where: γ - represents the u coefficient which takes into
account the reaction of inner layers at pressing
exerted by the working device; γ1 – the coefficient
which takes into account the stretching degree of skin
to the inner layers ; σ- the unitary effort of skin
2
stretching, N/m ; δ - the medium thickness of skin
layer, m; l – the width of working device of depilation,
m; µ1 – the friction coefficient by slipping between the
skin surface and the working device of the depilating
(µ1 = 0,4…0,5 for the metallic working device and µ1 =
0,5…0,6 for a working device made of plastic or rubber
mass); λ - The fraction of normal force exerted upon hair (λ =
0,2…0,25); (1-λ) – the fraction of normal force exerted
fraction upon skin ( at pulling-out the hair of big and middle
we consider λ = 1 and in the case of thin hair λ = 0,1…0,15);
But the pulling-out force caused by the pressing
force is the resultant of friction forces between the
working device, skin and hair:
F = N ⋅ [ µ ⋅ λ + (1 − λ ) ⋅ µ1 ]
(6)
With the relations 4 and 5 result:
N =
k ⋅( Fr + Fi ) ⋅ z + γ 1 ⋅σ ⋅δ ⋅l
.
µ ⋅λ − µ 0 ⋅γ
(7)
F f = γ ⋅ µ0 ⋅ N
F p = γ 1 ⋅σ ⋅δ ⋅ l
,
(5)
F a = (1 − λ ) ⋅ µ 1 ⋅ N
în care: γ reprezintă u coeficient care Ńine seama de
reacŃiunea straturilor interioare la apăsarea exercitată de
organul de lucru; γ1 – coeficient care ia în considerare
gradul de întindere al pielii faŃă de straturile interioare; σ2
efortul unitar de întindere al pielii, N/m ; δ - grosimea
medie a stratului de piele, m; l – lăŃimea de lucru a
organului de depilare, m; µ1 – coeficientul de frecare prin
alunecare dintre suprafaŃa pielii şi organul de lucru al
maşinii de depilat (µ1 = 0,4…0,5 pentru organul de lucru
metalic şi µ1 = 0,5…0,6 pentru organ de lucru din masă
plastică sau cauciuc); λ - fracŃiunea de forŃă normală ce
se exercită asupra părului (λ = 0,2…0,25); (1-λ) –
fracŃiunea din forŃa normală ce se exercită asupra pielii (la
extragerea părului de dimensiuni mari şi mijlocii se
consideră λ = 1 iar în cazul celui fin λ = 0,1…0,15).
Dar forŃa de smulgere cauzată de forŃa de apăsare
este rezultanta forŃelor de frecare dintre organul de lucru,
piele şi păr:
F = N ⋅ [ µ ⋅ λ + (1 − λ ) ⋅ µ1 ]
Cu relaŃiile 4 şi 5 rezultă:
k ⋅( Fr + Fi )⋅ z + γ 1 ⋅σ ⋅δ ⋅l
N=
.
µ ⋅λ − µ 0 ⋅γ
(6)
(7)
Fig. 3 - The principle scheme of depilation machine with two rollers /
Schema de principiu a maşinii de depilat cu două valŃuri
110
Vol. 28, No.2 /2009
is the normal force pressing expression of working
device without simplifying hypothesis.
The normal pressing value is limited by the tearing
resistance of skin, respective of hair:
N<
σ ⋅δ
µ1
N<
σ 1 ⋅π ⋅d 2
4⋅λ ⋅µ
⋅z
(8)
where: σ1 – is the unitary effort of tearing of hair, N/m ,
and d – the middle diameter of hairs, m.
As a point of view after ending the operation of
scanding, the pigs are raised by means of mechanical
forks and putted on the active devices of depilating
machines. In terms of number of rollers (cylinders),
depilating machines can be: with one, two or even
three rollers scraper for uprooting hair.
In figure 3 is presented the principle scheme of
depilating machine with two rollers. It is observed how
the animal body is supported on a corrugated roller 1
and one with elastic elements of depilation (scrapers),
2. In order to limit the motion of the animal carcass 3
to right, it is used a support lattice 4, made of steel
pipe. The roller with scrapers presented in the figure
has the surface covered by a rubber coating with
textile insertion 5, where are fixed the steel scratching
plates 6. During the depilation operation, the carcasses
are being washed with warm water thorough a shower
system 7. Some machines are equipped to the inferior part
with gathered hair. In a,b,c details of figure are presented
different constructive shapes with rollers (with scrapers
putted on the elastic coating of roller, with scrapers putted
on blades and with flexible nonmetallic scrapers).
In figure 4 is presented the way of assembly of a
roller. In the presented case, the metallically scrapers 1
are assembled by riveting on rubber blades with textile
insertions 2, and these, to their turn, are assembled by
the help of screws 3 on the metallic blades 4 welded
on the surface of steel cylinder 5.
2
expresia forŃei normale de apăsare a organului de lucru
fără ipoteze simplificatoare.
Valoarea forŃei normale de apăsare este limitată de
rezistenŃa la rupere a pielii, respectiv a părului:
N<
σ ⋅δ
µ1
N<
σ 1 ⋅π ⋅d 2
4⋅λ ⋅µ
⋅z
(8)
în care: σ1 este efortul unitar de rupere al firului de păr,
2
N/m , iar d – diametrul mediu al firelor de păr, m.
Din punct de vedere după terminarea operaŃiei de
opărire, porcinele sunt ridicate cu ajutorul unor furci
mecanice şi depuse pe organele active ale maşinilor de
depilat. Din punct de vedere al numărului de valŃuri
(cilindri), maşinile de depilat pot fi: cu una, două sau chiar
trei valŃuri cu raclete pentru smulgerea părului.
În figura 3 este prezentată schema de principiu a
maşinii de depilat cu două valŃuri. Se observă cum corpul
animalului se sprijină pe un valŃ canelat 1 şi unul cu
elemente elastice de depilare( raclete), 2. Pentru a limita
deplasarea carcasei animalelor 3 spre dreapta, se
foloseşte un grilaj de sprijin 4, confecŃionat din Ńeavă de
oŃel. ValŃul cu raclete prezentat în figură are suprafaŃa
acoperită cu un înveliş din cauciuc cu inserŃie textilă 5, pe
care se fixează plăcile de raclare din oŃel 6. Pe durata
operaŃiei de depilare, carcasele sunt spălate cu apă caldă
printr-un sistem de duşuri 7. Unele maşini sunt prevăzute
în partea inferioară cu benzi de transport al părului
recoltat. În detaliile a,b,c ale figurii sunt prezentate diferite
forme constructive de valŃuri (cu raclete montate pe
învelişul elastic al valŃului, cu raclete montate pe palete şi
cu raclete flexibile nemetalice).
În figura 4 se prezintă modul de asamblare a unui
valŃ. În cazul prezentat, racletele metalice 1 se montează
prin nituire pe paletele din cauciuc cu inserŃii textile 2 iar
acestea la rândul lor, prin intermediul şuruburilor 3 pe
paletele metalice 4 sudate pe suprafaŃa cilindrului din oŃel
5.
Fig. 4 - The assembly of scrapers on the depilation roller / Montarea racletelor pe valŃul de depilare
111
Vol. 28, No.2 /2009
The ratio of rotatives speed between the supporting
roller and the one of depilation is of ½ (for example 70,
respectively 140 rot/min). The supporting roller also
realizes a preliminary cleaning of the carcass. The duration
of depilation operation in a machine with discontinuous
functioning is of 18÷40 s, being influenced by the
resistance of hair and by the number of depilating rollers.
Given a number of shortcomings related to the
efficiency of depilation of some machines with two
depilating rollers, the paper aims to analysis the
dynamic process of depilation using 3 rollers
dimensioned and positioned properly.
Raportul turaŃiilor dintre valŃul de sprijin şi cel de
depilare este de ½ (de exemplu 70, respectiv 140
rot/min). ValŃul de sprijin realizează şi o curăŃare
preliminară a carcasei. Durata operaŃiei de depilare într-o
maşină cu funcŃionare discontinuă este de 18÷40 s, fiind
influenŃată de rezistenŃa părului şi de numărul de valŃuri
de depilare.
Având în vedere o serie de deficienŃe legate de
randamentul depilării unor maşini cu două valŃuri de
depilare, lucrarea de faŃă îşi propune o analiză dinamică a
procesului de depilare cu ajutorul a 3 valŃuri dimensionate
şi poziŃionate corespunzător.
3. The geometry and dynamics of depilation
equipment with three rollers
In order to determine the influenced factors upon the
dynamics of depilation system with three rollers, in figure
5 is presented the geometrical model of disposing the
rollers and of the carcass and also of the forces which
occurs during de depilating process.
It is taken the carcass 1 of cylindrical shape,
arranged horizontally on the lower rollers 2 and 3. The
roller 2 is one grooved and the 3 one with depilating
scrapers. Finishing operation of the carcass is made
with the help of roller 4 equipped with eliminating
scrapers of hair rests and of cells detached from the
superficial layer of skin. Thus the carcass evacuated
from the depilating machine will have a very high
degree of depilation and of cleaning of superficial layer.
In order to determine the total power consumption to
depilation is analyzed the interaction between the
carcass and each roller to which that has a direct contact.
In the tangent point of the carcass with the roller 2 disposed
to an angle α2 from the vertical support of the carcass weight
G begins the friction force F1-2 of which expression is:
F1− 2 = µ 2 .G. cos α 2
(9)
3. Geometria şi dinamica echipamentului de depilare
cu trei valŃuri
Pentru determinarea factorilor de influenŃă asupra
dinamicii sistemului de depilare cu trei valŃuri, în figura 5
se prezintă modelul geometric de dispunere al valŃurilor şi
carcasei precum şi forŃele ce intervin în procesul de
depilare.
Se consideră carcasa 1 de formă cilindrică, dispusă
orizontal pe valŃurile inferioare 2 şi 3. ValŃul 2 este unul
canelat iar 3 unul cu raclete de depilare. OperaŃia de
finisare a carcasei se realizează cu ajutorul valŃului 4
prevăzut cu raclete de eliminare a resturilor de păr şi a
celulelor desprinse din stratul superficial al epidermei. În
felul acesta carcasa evacuată din maşina de depilat va
avea un foarte mare grad de depilare şi curăŃare a
stratului superficial.
Pentru determinarea puterii totale consumate la
depilare, se analizează interacŃiunea dintre carcasă şi
fiecare valŃ cu care aceasta are contact nemijlocit.
În punctul de tangenŃă al carcasei cu valŃul 2 dispus
la un unghi α2 faŃă de suportul vertical al greutăŃii carcasei
G ia naştere forŃa de frecare F1-2 a cărei expresie este:
F1− 2 = µ 2 .G. cos α 2
(9)
where µ2 represents the friction coefficient between the
carcass subjected to depilation and grooved roller 2.
Taking into consideration that the diameter of this
roller is D2, the resistant moment of this force becomes:
unde µ2 reprezintă coeficientul de frecare dintre carcasa
supusă depilării şi valŃul canelat 2.
Având în vedere că diametrul acestui valŃ este D2,
momentul rezistent al acestei forŃe devine:
M 1 = F1− 2 ⋅
D2
2
M 1 = F1−2 ⋅
(10)
D2
2
(10)
Fig. 5 - Modelul fizic / Physically model
Let it be R the normal force which acts upon the roller with
scrapers 3. It is observed from the figure that this force is
composed by the component of weight G and by the tangential
force F1-2 towards the direction of vector R. So the expression of
normal force upon the roller 3 can be expressed:
Fie R forŃa normală ce acŃionează asupra valŃului cu
raclete 3. Se observă din figură că această forŃă se
compune din componenta greutăŃii G şi a forŃei tangenŃiale
F1-2 după direcŃia vectorului R . Se poate deci exprima
expresia forŃei normale asupra valŃului 3:
112
Vol. 28, No.2 /2009
R = G ⋅ (cosα1 + µ 2 ⋅ cosα 2 ⋅ cos γ )
where α1 represents the disposing angle of roller 3
towards the weight support G and γ the angle between
the forces directions F1-2 and R.
With this value, the tangential friction force becomes:
F1−3 = µ 3 ⋅ G ⋅ (cosα1 + µ 2 ⋅ cosα 2 ⋅ cos γ ) (12)
Because the diameter of this roller is D3, the resistant
moment will be:
M 2 = F1−3 ⋅
D3
2
M 2 = F1−3 ⋅
D3
2
(13)
Pentru determinarea forŃei normale ce acŃionează asupra
valŃului de finisare 4, este necesară compunerea forŃelor
F1-2 şi F1-3.
Rezultă:
r
r
r
P1 = F1−2 = F1−3
(14)
with the module:
(11)
unde α1 reprezintă unghiul de dispunere al valŃului 3 faŃă
de suportul greutăŃii G iar γ unghiul dintre direcŃiile forŃelor
F1-2 şi R.
Cu această valoare, forŃa de frecare tangenŃială devine:
F1−3 = µ 3 ⋅ G ⋅ (cosα1 + µ 2 ⋅ cosα 2 ⋅ cos γ )
(12)
Deoarece diametrul acestui valŃ este D3, momentul
rezistent va fi:
(13)
To determine the normal force which acts upon the
finishing roller 4,is necessary the preliminary
composition of forces F1-2 and F1-3.
Results:
r
r
r
P1 = F1−2 = F1−3
R = G ⋅ (cosα1 + µ 2 ⋅ cosα 2 ⋅ cos γ )
(11)
(14)
cu modulul:
P1 = F1−2 2 + F1−3 2
(15)
The normal force for the roller 4 force becomes
R1 = P1 ⋅ cos β
(16)
D4
.
2
(18)
It can be observed that through this approach of the
dynamics of apparatus of depilation it could be
determined by the expressions of the moments of
resistance by friction for each of the three rollers.
If the angular speeds are respectively ω2, ω3, ω4, the
total power consumed by the rollers of depilation will be:
P = M 1 ⋅ ω 2 + M 2 ⋅ ω3 + M 3 ⋅ ω 4 .
(19)
Taking into consideration the power excess needed for
starting the electric engine and the afferent efficiency it
can be written the expression of power needed to put on
the electric operating engine:
Pmot .el =
P⋅k
10 ⋅ η m ⋅ η rot
3
(15)
ForŃa normală pe valŃul 4 va fi:
where angle β is made by the direction of roller centers
1 şi 4, collinear with the rotation centre of the carcass
and the support of the resultant P1.
Thus, it is estimated the value of friction coefficient µ4, and
we can write the expression of tangential friction force between
the carcass and the finishing roller 4:
F1−4 = µ 4 ⋅ R1 ,
(17)
respectively of the consumed momentum by this friction:
M 3 = F1−4 ⋅
P1 = F1−2 2 + F1−3 2
(20)
As a result of the analyze we made, can establish that
the power consumed depends on the following factors:
a.
the rollers diameter for depilation and the
driving off of the carcass;
b.
the disposal angles of rollers towards the
carcass subjected to depilation;
c.
the carcass weight.
The mathematic model presented above was
implemented in the program MATHCAD. It was adopted
as a variable the angle formed between the direction of
axis centers of rotation of the rollers 2 and 4 and weight
direction of G. As a result of using the program had
resulted the variations of friction tangential forces the
weight of running the resulting variations tangential
friction forces F1-2, F1-3 respectively F1-4 (figure 6).
After this pattern can be realized different models
with the following variable sizes: diameters of rollers,
friction coefficients, the angles formed by each of the
forces components which occur during the dynamics of
depilating process, etc.
R1 = P1 ⋅ cos β
(16)
unde unghiul β este format de direcŃia centrelor valŃurilor 1
şi 4, coliniare cu centrul de rotire al carcasei şi suportul
rezultantei P1.
Astfel, estimându-se valoarea coeficientului de frecare
µ4, se poate scrie expresia forŃei tangenŃiale de frecare
dintre carcasă şi valŃul de finisare 4:
F1−4 = µ 4 ⋅ R1 ,
(17)
respectiv a momentului consumat prin această frecare:
M 3 = F1−4 ⋅
D4
.
2
(18)
Se observă că prin această abordare a dinamicii aparatului
de depilare s-au putut determina expresiile momentelor de
rezistenŃă prin frecare la toate cele trei valŃuri.
Dacă vitezele unghiulare sunt respectiv ω2, ω3, respectiv
ω4, puterea totală consumată de către valŃurile de depilare
va fi:
P = M 1 ⋅ ω 2 + M 2 ⋅ ω3 + M 3 ⋅ ω 4 .
(19)
łinând seama de surplusul de putere necesar la
pornirea motorului electric şi de randamentele aferente se
poate scrie expresia puterii necesare adoptării motorului
electric de acŃionare:
Pmot .el =
P⋅k
103 ⋅ η m ⋅ η rot
(20)
În urma analizei efectuate se constată că puterea
consumată depinde de următorii factori:
a. diametrele valŃurilor de depilare şi antrenare a
carcasei;
b. unghiurile de amplasare ale valŃurilor faŃă de
carcasa supusă depilării;
c. greutatea carcasei.
Modelul matematic prezentat mai sus a fost
implementat în mediul de programare MATHCAD. S-a
adoptat ca variabilă unghiul format dintre direcŃia axei
centrelor de rotaŃie ale valŃurilor 2 şi 4 şi direcŃia greutăŃii
G. În urma rulării programului au rezultat variaŃiile forŃelor
de frecare tangenŃiale F1-2, F1-3 respectiv F1-4 (figura 6).
După acest model pot fi realizate diferite variante cu
următoarele mărimi variabile: diametrele valŃurilor,
coeficienŃii de frecare, unghiurile formate de oricare dintre
componentelor forŃelor care intervin în dinamica procesului
de depilare etc.
113
Vol. 28, No.2 /2009
400
Forte de frecare (N)
300
F2 ( a2)
F3 ( a2) 200
F4 ( a2)
100
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
a2
Variatia unghiului alfa 2 (rad)
Fig. 6 - The variation of the tangential forces / VariaŃiile forŃelor de frecare
4. Conclusions
As a result of the analyses of the dynamics of depilation process
when we are using three rollers we establish the following:
a. by changing the position of grooved roller 2 takes place
greater reduction of friction force with the carcass at the
same time with the increasing of the angle α2;
b. the friction forces between the carcass and the rollers 3 and 4
are reducing for the increasing angle α2;
c. the model allows finding some proper positions for the
three functioning rollers depend ending on the middle
diameter of the carcass, so that the consumed energy can
be reduced significantly.
d. the angular speeds must be chosen so that they can
assure the scraping of carcass surface without producing
more damage to the skin or under skin layers.
4. Concluzii
In urma analizei dinamica a procesului de depilare în cazul
utilizării a trei valŃuri se constată următoarele:
a. prin modificarea poziŃiei valŃului canelat 2 are loc o
diminuare mai accentuată a forŃei de frecare cu carcasa
odată cu creşterea unghiului α2;
b. forŃele de frecare dintre carcasă şi valŃurile 3 şi 4 se
micşorează pentru unghiul α2 crescător;
c. modelul permite găsirea unor poziŃii optime pentru cele
trei valŃuri în funcŃie de diametrul mediu al carcasei, astfel
ca energia consumată să se poată reduce semnificativ.
d. vitezele unghiulare trebuie adoptate astfel încât să
asigure raclarea suprafeŃei carcasei fără a produce
deprecierea epidermei, dermei sau a straturilor
subcutanate.
References
1. Banu,C., ş.a., Exploatarea, întreŃinerea şi repararea utilajelor din
industria cărnii, Editura Tehnică, Bucureşti 1990;
2. Csatlos,C. Maşini şi instalaŃii pentru prelucrarea produselor de
origine animală, vol II., Editura UniversităŃii „TRANSILVANIA” din
Braşov, 2002, ISBN 973-9474-35-7;
3. Ivaşov,V.I., Tehnologhiceskoe oborudovanie predpriatîi miasnoi
promîsleannosti, Moskva „KOLOS”, 2001, ISBN 5-10-003567-6.
Bibliografie
1. Banu,C., ş.a., Exploatarea, întreŃinerea şi repararea utilajelor din
industria cărnii, Editura Tehnică, Bucureşti 1990;
2. Csatlos,C. Maşini şi instalaŃii pentru prelucrarea produselor de
origine animală, vol II., Editura UniversităŃii „TRANSILVANIA” din
Braşov, 2002, ISBN 973-9474-35-7;
3. Ivaşov,V.I., Tehnologhiceskoe oborudovanie predpriatîi miasnoi
promîsleannosti, Moskva „KOLOS”, 2001, ISBN 5-10-003567-6.
114
Vol. 28, No.2 /2009
THE INFLUENCE OF THE CONSTRUCTIVE AND FUNCTIONAL PARAMETERS OF THE
SPRINKLING EQUIPMENTS IN TREE GROWING ON THE QUALITATIVE WORK INDICES
/
INFLUENTA PARAMETRILOR CONSTRUCTIVI SI FUNCTIONALI ALE UTILAJELOR DE
STROPIT IN POMICULTURA ASUPRA INDICILOR CALITATIVI DE LUCRU
Erculescu Gheorghe, PhD. Eng.
Research & Development Station for Tree Growing Voineşti
Summary
The rapid development of the new plant protection
methods is strongly related to the rapid development of
the technical realization means. Hence it is necessary to
perform an integration of the research works in the
domain of the agro-pharmaceutical products and also in
the domain of the sprinkling devices and machines. The
diversity of sprinkling devices and machinery, the
physical-chemical features of the pesticides, of the
pathogens, require particularly pretentious endeavour
regarding the preparation, the applying and the
evaluation of each treatment. The applying quality
consists in assuring a certain commercial product dose
(active substance) per surface unit. The assurance of the
phyto-sanitary product dose per surface unit and of the
solution repartition uniformity (the quality working
indices) – the principal conditions for the realization of a
treatment - depend on respecting the solution norm, its
concentration and the constructive and functional
parameters of the sprinkling machinery’s active organs.
Rezumat
Dezvoltarea rapidă a noilor metode de protecŃie a
plantelor este strâns legată de dezvoltarea rapidă a
mijloacelor tehnice de realizare. Este deci necesară să
se efectueze o integrare a lucrărilor de cercetare în
domeniul produselor agro-farmaceutice şi de asemenea
în domeniul aparatelor şi maşinilor de stropit.
Diversitatea aparatelor şi maşinilor de stropit, însuşirile
fizico-chimice ale pesticidelor, spectrul patogenilor şi
dăunătorilor, reclamă preocupări deosebite de
pretenŃioase privind pregătirea, aplicarea şi evaluarea
efectului fiecărui tratament. Calitatea aplicării rezidă din
asigurarea unei anumite doze de produs comercial
(substanŃă activă) la unitatea de suprafaŃă. Asigurarea
dozei de produs fitosanitar pe unitatea de suprafaŃă şi a
uniformităŃii de repartiŃie a soluŃiei (indicii calitativi de
lucru), condiŃii principale pentru realizarea unui tratament
depinde de respectarea normei de soluŃie, de
concentraŃia acesteia şi de parametrii constructivi şi
funcŃionali ai organelor active ale maşinilor de stropit.
Keywords: pump, flow, nozzle, pressure, output,
parameter
Cuvinte cheie: pompă, debit, duză, presiune, randament,
parametru
INTRODUCTION
In the tree growing technologies, indifferent of the
species and the breeds in culture, the prevention, the
stopping and the combat of the disease and pest attacks,
represent an important and mandatory sequence, which
influences to the highest degree, as quantity and quality, the
fruit production- and also the biological potential transmitted
for the next 2 -3 years. Referring to fungicides,
insecticides or acaricides, the quality of the treatments
applying in the tree growing cultures assures the
materialization of the biological effect. The chemical
treatments with pesticides must assure a high biological effect,
based on economical efficiency. The biological effect is assured
by respecting the product dose, the repartition uniformity of
the solution and the working standard per surface unit,
hence obtaining superior working quality indices. The
factors that influence the chemical treatments in tree
growing are: the sprinkling output, the working speed
and the trees heights. The applying quality of the phytosanitary treatments in tree growing is given by the
assurance of a certain dosis of commercial phyto-sanitary
product (active substance) per surface unit. The
assurance of the dosis of phyto-sanitary product per
surface unit and of the solution repartition uniformity
depend on respecting the solution norm per hectar
(qualitative work indice), which is influenced by the
constructive and functional de parameters of the sprinkling
machines.
It is very important to analyze the influence of the
constructive and functional parameters of the active
working organs of the sprinkling equipments in the tree
growing, for establishing their optimal values, in order to
obtain the best working qualitative indices. The very high
prices of the pesticides and the negative impact on the
environment, the production losses and the low output of
the phyto-sanitary treatments implies the setting of
INTRODUCERE
În tehnologiile pomicole, indiferent de specia şi
soiurile aflate în cultură, prevenirea, stoparea şi
combaterea atacului de boli şi dăunători reprezintă o
secvenŃă importantă şi obligatorie, care influenŃează în
cel mai înalt grad, cantitativ şi calitativ, producŃia de
fructe, precum şi potenŃialul biologic transmis pentru
următorii 2-3 ani. Fie că ne referim la fungicide,
insecticide sau acaricide, calitatea aplicării tratamentelor
în culturile pomicole asigură materializarea efectului
biologic. Tratamentele chimice cu pesticide trebuie să
asigure un efect biologic ridicat bazat pe eficienŃă
economică. Efectul biologic este asigurat prin
respectarea dozei de produs, uniformitatea de repartiŃie
a soluŃiei şi a normei de lucru pe unitatea de suprafaŃă,
deci obŃinerea unor indici calitativi de lucru superiori.
Factorii care influenŃează eficacitatea şi eficienŃa
tratamentelor chimice în pomicultură sunt: randamentul
stropirii, viteza de lucru şi înălŃimea pomilor. Calitatea
aplicării tratamentelor fitosanitare în pomicultură, este
dată de asigurarea unei anumite doze de produs
comercial (substanŃă activă) la unitatea de suprafaŃă.
Asigurarea dozei de produs fitosanitar pe unitatea de
suprafaŃă şi a uniformităŃii de repartiŃie a soluŃiei,
depinde de respectarea normei de soluŃie la hectar
(indice calitativ de lucru), care este influenŃat de
parametrii constructivi şi funcŃionali ai maşinilor de
stropit.
Este foarte important să se analizeze influenŃa
parametrilor constructivi şi funcŃionali ai organelor active
ale utilajelor de stropit în pomicultură pentru stabilirea
valorilor optime ale acestora în vederea obŃinerii indicilor
calitativi de lucru cât mai buni. PreŃurile foarte ridicate
ale pesticidelor şi impactul negativ asupra mediului,
pierderile de producŃie şi randamentul scăzut a
tratamentelor fitosanitare implică stabilirea unor
115
Vol. 28, No.2 /2009
optimal working parameters of the sprinkling equipments
in the tree growing, in order to obtain superior working
qualitative indices and the optimization of the working
technologies with these equipments, depending on the
concrete tree growing conditions.
parametri optimi de lucru ai utilajelor de stropit în
pomicultură în vederea obŃinerii unor indici calitativi de
lucru superiori şi optimizarea tehnologiilor de lucru cu
aceste utilaje funcŃie de condiŃiile concrete din
pomicultură.
MATERIAL AND METHODS
For the setting of the constructive and functional
parameters, the experimentation under field and laboratory
conditions was performed on two sprinkling equipments
,that work both on the pneumatic spraying principle and the
hydraulic principle with born jet. The study was performed
on the sprinkling machines T 1200.32 and MST 900, intended
to perform orchard treatments - which are owned by SCDP
Voineşti. The research performing metodology has as purpose
the setting of the testig mode of the former enumerated
equipments. The optimal constructive and functional
parameters and their influence on the working qualitative
indices were followed up, in order to obtain a high efficiency
of the phyto-sanitary treatments. The determination of the
working qualitative indices will be done at different working
speeds and pressures of the machines. In the framework of
the experiments, the following working qualitative indices
will be determined: the pump flow, the pump volumetric
output, the flow through the nozzles, the flow coefficient.
The study was performed under field and
laboratory conditions, by analyzing the sprinkling
machines T 1200.32 and MST 900 in June, July – August
2005, Mai – July 2006, in the mechanical workshop and in
the SCDP Voineşti production and research farms. The
equipments used in the experimentation worked together
with the tractor U-445 DT. The apple tree plantation with the
Frumos de Voineşti and Mutsu breeds, where the study was
performed, has a surface of 5 ha; it is of the intensive type,
with the medium density of 833 trees/ha; the tree age is 28
years, the crowns are flattened (fruit bearing hedge), 1 m
wide and the trees are 4 m high.
MATERIAL ŞI METODE
Pentru stabilirea parametrilor constructivi şi
funcŃionali s-a efectuat experimentarea în condiŃii de
câmp şi laborator a două utilaje de stropit care
funcŃionează atât pe principiul pulverizării pneumatice,
cât şi al pulverizării hidraulice cu jet purtat. Studiul s-a
efectuat pe maşinile de stropit T 1200.32 şi MST 900
destinate să efectueze tratamente în livadă şi care se
află în dotarea SCDP Voineşti. Metodologia efectuării
cercetărilor are ca scop stabilirea modului de încercare a
utilajelor enumerate mai sus. S-au urmărit parametrii
constructivi şi funcŃionali optimi şi influenŃa acestora
asupra indicilor calitativi de lucru în vederea obŃinerii unei
eficacităŃi ridicate a tratamentelor fitosanitare. Determinarea
indicilor calitativi de lucru se va face la diferite viteze şi
presiuni de lucru ale maşinilor. În cadrul experienŃelor se
vor determina următorii indici calitativi de lucru: debitul
pompei, randamentul volumetric al pompei, debitul prin
duze, coeficientul de debit.
Studiul s-a efectuat în condiŃii de laborator şi câmp
prin analizarea maşinilor de stropit T 1200.32 şi MST
900 în lunile iunie, iulie – august 2005, mai – iulie 2006,
în cadrul atelierului mecanic şi fermelor de producŃie şi
cercetare de la SCDP Voineşti. Utilajele folosite la
experimentări au lucrat în agregat cu tractorul U-445 DT.
PlantaŃia de măr cu soiurile Frumos de Voineşti şi Mutsu
în care s-a desfăşurat studiul, are suprafaŃa de 5 ha,
este de tip intensive, cu densitatea medie 833 pomi/ha,
vârsta pomilor este de 28 ani, coroanele sunt aplatizate
(gard fructifer) cu lăŃimea de 1 m şi înălŃimea pomilor de
4m.
RESULTS AND DISCUSSIONS
The liquid flows of the two pumpswere determined
volumetrically, using water at the temperature of 200C as
work liquid, in three repetitions for each pressure value.
For the different working pressure values, comprised
between 0 and 20 bar, the volumic pump with four
membranes M104S IMOVILLI realised liquid flows
compised between 97 and 90 l/min, at the rotaion speed
of 540 rot/min.The medium flow values at different
pressures and the statistical indices’ values (the
standard deviation, the variation coefficient and the
distribution uniformity), calculated with statistical
relations, are centralized in the table 1.
Debitele de lichid ale celor două pompe s-au
determinat pe cale volumetrică, folosind ca lichid de
0
lucru apa la temperatura de 20 C în trei repetiŃii pentru
fiecare valoare a presiunii. Pentru diferite valori ale
presiunii de lucru cuprinse între 0 şi 20 bar pompa
volumică cu patru membrane M104S IMOVILLI a realizat
debite de lichid cuprinse între 97 şi 90 l/min, la turaŃia de
540 rot/min.Valorile medii ale debitelor la diferite presiuni
precum şi valorile indicilor statistici (abaterea standard,
coeficientul de variaŃie şi uniformitatea de distribuŃie),
calculaŃi cu relaŃiile statistice sunt centralizate în tabelul
1.
Table 1 - The influence of the working pressure on the
liquid flow, realized by the M104S IMOVILLI pump
Tabelul 1 - InfluenŃa presiunii de lucru asupra debitului
de lichid realizat de pompa M104S IMOVILLI
Pres.
(bar
0
4
8
12
16
20
Liquid flow
(l/min)
R1
R2
R3
97
95
96
95
94
96
95
93
95
94
92
91
93
92
91
88
91
91
δ
Medium
U.
c.v.% Flow
value
l/min (l/min
%
96
1
1,04 98,96
95
1
1,05 98,95
94,33 1,15 1,21 98,79
92,33 1,52 1,64 98,36
91
1,73 1,90 98,1
90
1,73 1,92 98,08
The statistical and graphical processing and interpretation
mode of the results permited the analyse of the working pressure
influence on the flow realised by this pump. The correlation
between the working pressure and the liquid flow uniformity,
realized by the pump M104S, is presented in the figure 1.
Pres.
(bar)
0
4
8
12
16
20
Debit lichid
(l/min)
R1
R2
R3
97
95
96
95
94
96
95
93
95
94
92
91
93
92
91
88
91
91
Val.
medie
l/min
96
95
94,33
92,33
91
90
δ
U.
c.v.% debit
(l/min
%
1
1,04 98,96
1
1,05 98,95
1,15 1,21 98,79
1,52 1,64 98,36
1,73 1,90 98,1
1,73 1,92 98,08
Modul statistic şi grafic de prelucrare şi interpretare
a rezulatelor a permis analiza influenŃei presiunii de lucru
asupra debitului realizat de această pompă.CorelaŃia
dintre presiunea de lucru şi uniformitatea debitului de
lichid realizat de pompa M104S este prezentată în figura 1.
116
Vol. 28, No.2 /2009
Uniformitatea debitului de lichid (%)
98,45
98,45
y=-0.0527x+99.06
98,4
98,35
98,3
98,25
98,2
98,15
98,1
98,05
y=-0.0527x+99.06
98,4
98,35
98,3
98,25
98,2
98,15
r=-0.9598
98,1
98,05
98
98
0
4
8
12
16
0
20
4
8
12
16
20
Presiunea de lucru (bar)
Figure 1 - The correlation between the working pressure and the
liquid flow uniformity realized by the de pump M104S IMOVILLI
Figura 1 - CorelaŃia dintre presiunea de lucru şi uniformitatea
debitului de lichid realizat de pompa M104S IMOVILLI
The liquid flow trough the spraying devices was
determined both for the T1200.32 sprinkling machine and for
the MST 900 sprinkling machine. The determination of the
liquid flow through the spraying devices, that fitted the
T1200.32 sprinkling machine, was performed by the
volumetric method.On the spraying device were mounted
both TIFONE nozzles, with diameters comprised between
0.8÷2 mm ALBUZ nozzles, with diameters comprised
between 0.8 and 1.5 mm.The influence of the working pressure
on the liquid flow through the spraying device (nozzles) of the
T 1200.32 machine is presented in the table 2.
Debitul de lichid prin dispozitivele de pulverizare a
fost determinat atât pentru maşina de stropit T1200.32,
cât şi pentru maşina de stropit MST 900.Determinarea
debitului de lichid prin dispozitivele de pulverizare ce
echipează maşina de stropit T1200.32 s-a făcut prin
metoda volumetrică.Pe dispozitivul de pulverizare au
fost montate atât duze TIFONE cu diametre cuprinse
între 0,8÷2 mm cât şi duze ALBUZ cu diametrul orificiului
cuprins între 0,8 şi 1,5 mm.InfluenŃa presiunii de lucru
asupra debitului de lichid prin dispozitivul de pulverizare
(duze) al maşinii T 1200.32 este prezentat în tabelul 2.
Table 2 - The liquid flow through the spraying device,
depending on the pressure, at the machine T1200.32
Tabelul 2 - Debitul de lichid prin dispozitivul de
pulverizare în funcŃie de presiune la maşina T1200.32
Total
Flow through the nozzles (l/min)
flow
0,8
0,8
1
1
1,2
1,5
l/min
0,56
0,56 0,64 0,64 0,78 1,01 8,38
0,99
0,99 1,03 1,03 1,33 1,64 14,02
1,08
1,08 1,18 1,18 1,53 1,93 15,36
1,26
1,26 1,40 1,40 1,86 2,40 19,22
Pres
(bar)
5
10
15
20
20
20
18
18
Uniformitatea debitului de licdhi (l/min)
Uniformitatea debitului de licdhi (l/min)
Pres
(bar)
5
10
15
20
16
14
y=0,6772x+5.7
8
r=0.9738
12
10
8
6
4
Debitul prin duze (l/min)
0,8
1
1
1,2
0,56 0,64 0,64 0,78
0,99 1,03 1,03 1,33
1,08 1,18 1,18 1,53
1,26 1,40 1,40 1,86
0,8
0,56
0,99
1,08
1,26
Debit
total
l/min
1,5
1,01 8,38
1,64 14,02
1,93 15,36
2,40 19,22
16
14
y=0,6772x+5.7
8
r=0.9738
12
10
8
6
4
2
2
0
0
0
5
10
15
0
20
5
10
15
20
Figure 2 - The correlation between the working pressure and
the total liquid flow at the spraying device of the T1200.32
machine, fitted with ALBUZ nozzles
Figura 2 - CorelaŃia dintre presiunea de lucru şi debitul total de
lichid la dispozitivul de pulverizare al maşinii T1200.32 echipat
cu duze ALBUZ
The correlation between the working pressure and
the liquid flow uniformity was analyzed depending on the
nozzle diameter and the vortex disc type (figure 3).
CorelaŃia dintre presiunea de lucru şi uniformitatea
debitului de lichid s-a analizat în funcŃie de diametrul
duzei şi tipul pastilei de turbionare (figura 3).
99.5
99.5
3
y=0.0384x+98.37
r=0.9954
99
99
98.5
98
97.5
97
2
y=0.1004x+97.12
r=0.9862
96.5
1
y=0.1386x+95.82
r=0.9174
96
3
y=0.0384x+98.37
r=0.9954
98.5
98
97.5
97
2
y=0.1004x+97.12
r=0.9862
96.5
1
y=0.1386x+95.82
r=0.9174
96
95.5
95.5
95
5
10
15
20
presiunea de lucru (bar)
Figure 3 - The correlation between the working pressure and
the liquid flow uniformity for the nozzle with a diameter of ∅1,2mm,
1 – without vortex disc, 2 – vortex disc with an hole diameter of ∅1
mm, 3 - vortex disc with an hole diameter of ∅1.2 mm
95
5
10
15
20
presiunea de lucru (bar)
Figura 3 - CorelaŃia dintre presiunea de lucru şi uniformitatea
debitului de lichid pentru duza cu diametrul ∅1,2mm, 1-fără pastilă
de turbionare, 2-pastilă turbionare cu orificiul având diametrul ∅1
mm, 3-pastilă turbionare cu orificiul având diametrul ∅1,2 mm
117
Vol. 28, No.2 /2009
In figure 4 is presents the correlation between the
position of the regulating valve and the liquid flow
uniformity at the pressure of 1.5 bars, for the spraying
device of the MST 900 sprinkling machine.
În figura 4 este prezentată corelaŃia dintre poziŃia
robinetului de reglaj şi uniformitatea debitului de lichid la
presiunea de 1,5 bar., pentru dispozitivul de pulverizare
al maşinii de stropit MST 900.
100
100
y=0.593*x+97.38
y=0.593*x+97.38
r=0.9440
r=0.9440
99.5
99.5
99
98.5
98
97.5
99
98.5
98
97.5
97
97
1
2
3
poziŃia robinetului de reglaj
4
1
2
3
poziŃia robinetului de reglaj
4
Figure 4 - The correlation between the position of the regulation valve
and the flow uniformity at the pressure of 1.5 bars
Figura 4 - CorelaŃia dintre poziŃia robinetului de reglaj şi
uniformitatea debitului la presiunea de 1,5 bar
CONCLUSIONS
Following the study regarding the influence of the
working pressure on the liquid of the two pump types,
the following showed up:
- the pressure increase leads to a reducing of the liquid
flow uniformity at the piston volume pumps;
- in the case of the centrifugal pumps, the pressure increase is
accompanied by the increase of the flow uniformity.
Referring to the volume output of the pumps,
following the performed calculation, it resulted that the
volume pumps assure a greater output as compared with
the centrifugal ones.In order to establish the influence of
the working pressure on the liquid flow through the
nozzles at the two spraying systems, the statistical
indices’ values (the standard deviation, the variation
coefficient and the flow uniformity) were analyzed:
the flow uniformity increases in relation with the
working pressure increase and the nozzle diameter
for the spraying devices of the T1200.32 machine;
in the case of the spraying devices fitting the
MST900 machine, the flow uniformity increases in
relation with the working pressure increase and with
the section of the regulating valve.
CONCLUZII
În urma studiului privind influenŃa presiunii de lucru
asupra debitului de lichid al celor două tipuri de pompe
s-au constatat următoarele:
creşterea presiunii duce la o scădere a uniformităŃii
debitului de lichid la pompele volumice cu piston;
în cazul pompelor centrifuge creşterea presiunii este
însoŃită de creşterea uniformităŃii de debit.
Referitor la randamentul volumic al pompelor în
urma calculului efectuat a rezultat că pompele volumice
asigură un randament mai mare în comparaŃie cu
pompele centrifuge.Pentru stabilirea influenŃei presiunii
de lucru asupra debitului de lichid prin duze la cele două
sisteme de pulverizare s-au analizat valorile indicilor
statistici (abaterea standard, coeficientul de variaŃie,
uniformitatea de debit):
uniformitatea de debit creşte în raport cu creşterea
presiunii de lucru şi a diametrului duzei pentru
dispozitivele de pulverizare al maşinii T1200.32;
în cazul dispozitivului de pulverizare ce echipează
maşina MST900 uniformitatea de debit creşte în
raport cu presiunea de lucru şi secŃiunea robinetului
de reglaj.
BIBLIOGRAPHY
1. Baicu, T. 1977. Contributions to the study of the agroavailability of the pesticides, I.C.P.P. vol. XII p. 291-304
Annual Reports;
2. Baicu, T. 1982. The integrated disease and pest
combat in the limitation of cultures pollution. CERES
Publishing House, Bucharest;
3. Baicu, T. 1989. Present problems of the effects of
performing mechanized works for plants protection.
CERES Publishing House;
4. Copony, N. 1985. Variation Analysis. Agricultural
Reviews Editors, Bucharest;
5. Dogendorf N. a.o. 1981. Using machines for plant
protection. Facla Publishing House;
6. Gutenmaher I a.o. 1985. Requirements regarding the
plant protection machinery (manuscript);
7. Walter St. 2004. Types of spraying devices and nozzles
which assure the spraying of the liquid – air mixture, used in the
construction of the technical sprinkling equipments in the
agricultural cultures. Mechanization of Agriculture Nr. 5.
BIBLIOGRAFIE
1.
Baicu,
T.
1977.
ConstibuŃii
la
studiul
agrodisponibilităŃii pesticidelor, Analele I.C.P.P. vol XII p.
291-304;
2. Baicu, T. 1982. Combaterea integrată a bolilor şi
dăunătorilor în limitarea poluării pe culturi Editura
CERES, Bucureşti;
3. Baicu, T. 1989. Probleme actuale ale efectuării
mecanizate a lucrărilor de protecŃia plantelor Ed.
CERES, Bucureşti;
4. Copony, N. 1985. Analiza variaŃiei, RedacŃia
rezistenŃelor agricole, Bucureşti;
5. Dogendorf N. ş.a. 1981. Utilizarea maşinilor pentru
protecŃia plantelor. Ed. Falca;
6. Gutenmaher I ş.a. 1985. CerinŃe faŃă de maşinile de
protecŃia plantelor (manuscris);
7. Walter St. 2004. Tipuri de pulverizatoare şi duze care
asigură pulverizarea amestecutului de lichid cu aer
folosite în construcŃia echipamentelor tehnice de stropit
în culturile agricole. Mecanizarea Agriculturii nr. 5.
118
Vol. 28, No.2 /2009
THEORETICAL CONSIDERATIONS ON THE MECHANICAL-MATHEMATICAL MODELING OF
THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF SOIL SCARIFICATION
/
CONSIDERAłII TEORETICE CU PRIVIRE LA MODELAREA MATEMATICĂ-MECANICĂ A
PROCESULUI TEHNOLOGIC DE AFÂNARE A SOLULUI
Mat. PhD student Totolici Ioana Cătălina –
“ Nichita Stănescu” Theoretical High School, Ploieşti (România)
Hon. Prof. PhD. Eng. Cojocaru Iosif - INMA Bucureşti (România)
Abstract: The paper presents the theoretical basis of a
dynamic system analogous to the technological process of
shallow and deep soil scarification. It also refers to the
complex processes consisting of systems and subsystems
related to soil processing by means of combined implements.
Rezumat: Lucrarea prezinta bazele teoretice ala unui
sistem dinamic analog unui proces tehnologic de afanare
adanca si semiadanca a solului. Deasemenea prezinta
procese complexe constand in sisteme si subsisteme
legate de afanarea solului prin metode combinate.
KeyWords: modeling, mathematics-mechanics, scarification, soil
Cuvinte cheie: modelare, matematica-mecanica, afanare, sol
1. Cosiderations mathematics-mechanics
Depending on the complexity of the analyzed
problem, a certain mechanical system can be made up of
several component systems, called sub-systems.
The stages in solving a technical dynamics problem
are the following:
1. developing the physical model;
2. specifying the dependences, such as:
1. Consideratiuni matematice - mecanice
În funcŃie de complexitatea problemei analizate, un
anumit sistem mecanic poate fi alcătuit din mai multe
sisteme componente, care vor fi numite subsisteme.
Etapele de rezolvare a unei probleme de dinamică
tehnică:
1.
întocmirea modelului fizic;
2.
precizarea dependenŃelor de forma:
f1 = f1 ( xi1 ,..., xi1 , xe1 ,..., xeu , t ) = 0
f w = f w ( xi1 ,..., xi1 , xe1 ,..., xeu , t ) = 0
3.
processing the relations (1)in order to obtain the
output quantity, a linear displacement vector y = y ( t )
and/or an angular displacement vector:
3.
prelucrarea relaŃiilor (1)în vederea obŃinerii mărimii
de ieşire un vector deplasare liniară y = y ( t ) şi/sau un
vector-deplasare unghiulară:
θ = θ( t )
4.
working out a set of measures in order to improve
the behaviour of the dynamic system;
5.
intervention on the parameters of the physical
model or even on its configuration.
The physical model is a schematization of the
concrete problem, in most cases a simplification of the
same. The model is obtained by accepting a certain
number of simplifying hypotheses.
A correctly conceived physical model should
ensure that, at least in a certain variation range of the
input quantities, the same output quantities are obtained
as for the initial dynamic system (not affected by
simplifying hypotheses).
For the mechanical systems, the mathematical
model (i.e. the equations of the form (1)) is frequently
obtained by using D’Alembert’s principle or the Lagrange
equations.
D’Alembert’s principle is preferable when the
exterior forces F i( e ) (or moments
M (i e ) ), the interior forces
Fi( i ) (or moments M i( i ) ) and the forces (or moments) in
the connections F i ( l ) ( M i( l ) ), acting upon the body with
the mass m1, can be easily distinguished. Using the notation
a1 for the acceleration of the body with the mass m1 in
translation motion and the notation ε1 for the acceleration
of the body with the inertia moment J in rotation motion,
the following equations can be written:
(2)
4.
elaborarea unui set de măsuri în vederea ameliorării
comportării sistemului dinamic;
5.
intervenŃia asupra parametrilor modelului fizic sau
chiar asupra configuraŃiei acestuia.
Modelul fizic constituie o schematizare a problemei
concrete, în majoritatea cazurilor o simplificare a acesteia.
El se obŃine prin acceptarea unui anumit număr de ipoteze
simplificatoare.
Un model fizic corect conceput trebuie să asigure, cel
puŃin într-un anumit domeniu de variaŃie a mărimilor de
intrare, obŃinerea aceloraşi mărimi de ieşire ca şi pentru
sistemul
dinamic
iniŃial
(neafectat
de
ipoteze
simplificatoare).
Pentru sistemele mecanice, modelul matematic
(adică ecuaŃiile de forma (1)) se obŃine în mod frecvent
folosind Principiul lui d’Alembert sau ecuaŃiile lui
Lagrange.
Principiul lui d’Alembert este de preferat când pot fi
evidenŃiate cu uşurinŃă forŃele( sau momentele) exterioare
Fi( e ) ( respectiv M (i e ) ), interioare Fi( i ) (respectiv M i( i ) )şi
(l)
din legături Fi (respectiv M (i l ) ), care acŃionează asupra
corpului cu masa mi. Notând cu ai acceleraŃia corpului, cu
masa mi, aflat în mişcare de translaŃie şi cu ε i acceleraŃia
corpului, cu momentul de inerŃie Ji, aflat în mişcare de
rotaŃie, pot fi scrise ecuaŃiile:
m i a i = Fi( e ) + Fi( i ) + Fi( l ) , ( i = 1, u 1 ),
J i ε i = M (i e ) + M (i i ) + Fi( l ) , ( i = 1, u 2 )
where u1, u2 represent the number of degrees of
freedom of the mechanical systems in question.
(1)
(3)
unde u1, u2 reprezintă numărul gradelor de libertate ale
sistemelor mecanice considerate.
119
Vol. 28, No.2 /2009
nd
The Lagrange equations (of the 2 kind) are almost
irreplaceable when the dependences (1)of the mechanical
systems with several degrees of freedom have to be
specified, where the forces and/or moments (torques) in the
connections cannot be pointed out. In their general form,
these equations can be written as follows:
EcuaŃiile lui Lagrange (de speŃa a II-a) sunt
aproape de neînlocuit atunci când trebuie precizate
dependenŃele (1)ale sistemelor mecanice cu mai multe
grade de libertate, la care forŃele şi/sau momentele
(cuplurile) din legături nu pot fi evidenŃiate. În forma
generală aceste ecuaŃii se scriu:
d ∂E c
∂
(
)−
( E c − E p ) = Q i , ( i = 1, u )
.
dt
∂ qi
∂ qi
(4)
where qi and Qi are the generalized coordinates and the
generalized forces, respectively, and Ec and Ep are the
kinetic energy and the potential energy, respectively, of
the system being analyzed. The generalized forces
include all the forces and/or moments occurring in the
system, except for those deriving from a potential.
unde qi şi Qi sunt coordonatele generalizate, respectiv
forŃele generalizate, iar Ec şi Ep energia cinetică, respectiv
energia potenŃială ale sistemului considerat. ForŃele
generalizate înglobează toate forŃele şi/sau momentele
care apar în sistem, cu excepŃia celor care derivă dintr-un
potenŃial.
2. Dynamic Processing System
The dynamic processing system consists of the
machine-tool elastic structure (SE), which is in
interdependence with the scarification process of the soil
itself (PS). Establishing the dependences of the (1)type
should be preceded by the specification of the input and
output quantities of the dynamic system being considered.
The way this basic stage in the mathematical modeling of
the processing system should be carried out is indicated
in Figure 1. For the purpose of processing, the active part
is positioned to the set dimension dr. Supposing that the
scarification force remained strictly constant through the
entire duration of the scarification process and the elastic
structure of the machine-tool did not suffer any kind of
elastic deformation, the relative displacement of the active
part in relation to the soil would coincide with the path I. In
reality, as a consequence of a large number of perturbing
factors, the instantaneous scarification force F=F(t) differs
from its set (nominal) value F=const. (corresponding to
the nominal scarification depth a0). On the other hand, the
elastic structure of the machine-tool, behaving like an
elastic body, suffers deformations changing over time,
according to the F=F(t) dependence. Consequently, the
real path of the active part in relation to the soil can look
like the curve 2. The instantaneous deviation y=y(t) of the
real path from the set (nominal) path I represents an
indicator for the machine-tool performance. The lower the
maximum value of this quantity, the higher the
dimensional precision of the processed surface will be.
For a certain structure of the soil and a certain
scarification process, the relative displacement y=y(t)
between the tool and the surface depends on the nominal
scarification force. Therefore, for the dynamic processing
system associated with the processing according to the
diagram in Figure 1, the following can be written:
xi=xi(t)=F0(t), xe=xe(t)=y(t)
2. Sistemul dinamic de prelucrare
Sistemul dinamic de prelucrare este alcătuit din
structura elastică a maşinii-unelte (SE) aflată în
interdependenŃă cu procesul de scarificare a solului
propriu zis (PS). Stabilirea dependenŃelor de tipul
(1)trebuie să fie precedată de precizarea mărimilor de
intrare şi de ieşire ale sistemului dinamic considerat.
Modul în care trebuie parcursă aceasta etapă de bază în
modelarea matematică a sistemului de prelucrare este
indicat mai jos. În figura 1., în vederea prelucrării, organul
activ se poziŃionează la dimensiunea de reglare dr. În
ipoteza în care forŃa de scarificare ar rămâne strict
constantă pe toată durata procesului de afânare, iar
structura elastică a maşinii unelte n-ar suferi nici un fel de
deformaŃii elastice, deplasarea relativă a organului activ
faŃă de sol ar coincide cu traiectoria I. În realitate, ca
urmare a unui număr mare de factori perturbatori, forŃa
instantanee de scarificare F=F(t) diferă de valoarea sa
reglată (nominală) F=const. (corespunzătoare adâncimii
nominale de scarificare a0 ). Pe de altă parte, structura
elastică a maşinii-unelte, comportându-se ca un corp
elastic, suferă deformaŃii care se modifică în timp în
concordanŃă cu dependenŃa F=F(t). Drept consecinŃă,
traiectoria reală a organului activ faŃă de sol poate avea
aspectul curbei 2. Abaterea instantanee y=y(t) dintre
traiectoria reală şi cea reglată (nominală) I constituie un
indicator de performanŃă al maşinii-unelte. Cu cât
valoarea maximă a acestei mărimi este mai mică, cu atât
precizia dimensională a suprafeŃei prelucrate este mai
ridicată. Pentru o anumită structură a solului şi un anumit
proces de scarificare, deplasarea relativă y=y(t) dintre
sculă şi suprafaŃă este funcŃie de forŃa nominală de
scarificare. Prin urmare, pentru sistemul dinamic de
prelucrare asociat prelucrării în conformitate cu schema
din figura 1 se poate scrie:
xi=xi(t)=F0(t), xe=xe(t)=y(t)
Fig. 1
As it is known, the scarification force depends on a
large number of factors: the scarification depth, the
După cum este cunoscut, forŃa de scarificare
depinde de un număr mare de factori : adâncimea de
120
Vol. 28, No.2 /2009
afânare, proprietăŃile fizico-chimice ale solului, geometria
physico-chemical properties of the soil, the functional
geometry of the active part cutting edges, etc. Out of them,
funcŃională a tăişurilor organului activ etc. Dintre aceştia,
cea mai mare influenŃă o are adâncimea de afânare a. Din
the scarification depth a has the greatest influence. For this
reason, it is admitted, for simplification, that, under the
acest motiv, simplificator se admite că, în condiŃiile
variaŃiei dinamice ( adică relativ rapide în timp) a mărimii
conditions of dynamic variation (that is relatively rapid in time)
of the quantity y=y(t), the scarification force can be
y=y(t), forŃa de scarificare poate fi calculată cu o relaŃie de
calculated by means of a relation of the form: F=F(a, C), in
forma : F=F(a,C), în care constanta C se precizează în
which the constant C is depends on the set (nominal) values
funcŃie de valorile reglate (nominale) ale tuturor factorilor
care determină valoarea forŃei de scarificare, cu excepŃia
of all the factors determining the value of the scarification
lui a.Pentru mici variaŃii ale adâncimii de scarificare a în
force, except for a. For small variations of the scarification
depth a as related to its nominal (set) value a0, from the
raport cu valoarea sa nominală (reglată) a0, dezvoltarea
development of the function (3) in Taylor series, it follows:
funcŃiei (3) în serie Taylor dă:
 dF 
 dF 
(5)
F ≅ F(a 0 , C ) + 
( a − a 0 ) = F0 + 
⋅ ∆a


 da  a = a o
 da  a = a 0
Figure 1 allows the following relation to be written:
Figura 1 permite a scrie:
y=y(t)=a0-a(t)
In the dynamics of machine-tools, that sense is chosen
as the positive sense of the displacement, which leads to the
increase of the distance between the tool and the
processed surface, whether the displacement is due only
to one of the elastic systems, P and Sc, or to both elastic
systems of the machine-tool structure. Consequently, using the
notation ∆F = ∆F( t ) =  dF 
⋅ ∆a for the dynamic variation


 da  a=a0
of the scarification force, from the relations (4) and (6), it follows:
(6).
În Dinamica maşinilor-unelte drept sens pozitiv al
deplasării y se alege acela care conduce la mărirea
distanŃei dintre sculă şi suprafaŃa prelucrată, indiferent că
deplasarea este datorată numai unuia din sistemele
elastice P şi Sc sau ambelor sisteme elastice ale structurii
maşinii-unelte.
Ca
urmare,
notând
cu
 dF
∆F = ∆F(t) =   ⋅ ∆a variaŃia dinamică a forŃei de
 daa=a0
scarificare, din relaŃiile (4) şi (6) rezultă:
 dF 
 dF 
⋅y

∆F = −
⋅ y ; F = F0 − 

da
 da  a = a 0

 a =a0
The first relation of (7) indicates the influence that the
deformation y of the elastic structure has on the scarification
force, and the second one allows the calculation of the
instantaneous scarification force, i.e. the force acting, at a
certain moment, upon the elastic structure SE. Previously, it
was considered, in a simplifying way, that the elastic structure
suffered only a linear displacement in one direction and the
dynamic component of the force F depended exclusively on
the dynamic variation of the scarification depth.
In order for the dynamic processing system, in its
basic form, to have maximum generality, the quantities
xi=xi(t), xe=xe(t), and xr=xr(t) are considered vectors (or
column matrix) with six components each, and xPE=xPE(t)
and xPS=xPS(t) are considered vectors (or column matrix)
whose components depend on the perturbing factors acting
upon the scarification force (soil inhomogeneities,
inconsistency of the scarification depth, etc.), on the
perturbing factors acting upon the system P and Sc,
respectively (the unbalances of the elements of the moving
parts, the wear of the main shaft bearings, etc.), on the
perturbing factors acting upon the elastic structure of the
machine-tool (the shocks and vibrations transmitted to the
machine from the environment).
Relating the elastic structure of the machine-tool to a reference
triorthogonal system OY1Y2Y3, the following can be written:
F 
xi =  0  ,
M 0 
 F01 
F0 = F02  ,
F03 
Prima relaŃie din (7) indică influenŃa pe care
deformaŃia y a structurii elastice o are asupra forŃei de
scarificare, iar cea de a doua permite a calcula forŃa
instantanee de scarificare, adică forŃa care acŃionează, la
un moment dat, asupra structurii elastice SE. În cele de
sus, simplificator, s-a considerat că structura elastică
suferă numai o deplasare liniară pe o singură direcŃie, iar
componenta dinamică a forŃei F depinde exclusiv de
variaŃia dinamică a adâncimii de scarificare.
Pentru ca sistemul dinamic de prelucrare în forma
sa de bază să aibă maximă generalitate, mărimile xi=xi(t),
xe=xe(t) şi xr=xr(t) se consideră vectori (sau matrice
coloană) cu câte şase componente, iar xPE=xPE(t), şi
xPS=xPS(t) vectori (sau matrice coloană) ale căror
componente depind de factorii perturbatori ce acŃionează
asupra forŃei de scarificare (neomogenităŃile solului,
inconsistenŃa adâncimii de scarificare, etc.), de factorii
perturbatori ce acŃionează asupra sistemului P, respectiv
Sc (dezechilibrările elementelor organe aflate în mişcare,
uzurile lagărelor arborelui principal, etc.), de factorii
perturbatori ce acŃionează asupra structurii elastice a
maşini-unelte (şocurile şi vibraŃiile transmise maşinii în
cauză din mediul ambiant).
Raportând structura elastică a maşinii unelte la un
sistem triortogonal de referinŃă OY1Y2Y3 se pot scrie:
 M 01 
y 
M 0 = M 02  , x ei =   ,
θ 
M 03 
where F0i=F0i(t), M0i=M0i(t), yi=yi(t), θi=θi(t) (i=1,2,3)
represent the components of the vectors Fo (the nominal
scarification force), Mo (the nominal scarification moment), y (the
linear displacement of the structure) and θ (the angular
displacement of the structure) in relation to the system of axes
considered. The dependences (1)shall be studied by analyzing
the behaviour as a whole of the dynamic processing system,
as well as the individual behaviour of the systems SE and PS.
(7)
 y1 
y =  y 2  ,
 y 3 
 θ1 
θ =  θ 2  ,
 θ 3 
unde F0i=F0i(t), M0i=M0i(t), yi=yi(t), θi=θi(t) (i=1,2,3)
reprezintă componentele vectorilor F0 (forŃa nominală de
scarificare), M0 (moment nominal de scarificare),
y(deplasare liniară a structurii) şi, respectiv, θ (deplasare
unghiulară a structurii) în raport cu sistemul de axe
considerat. Se vor studia dependenŃele (1)prin analiza
comportării în ansamblu a sistemului dinamic de prelucrare,
cât şi comportarea individuală a sistemelor SE şi PS.
121
Vol. 28, No.2 /2009
3. Models of the Dynamic Scarification Process
The input of the dynamic system of the scarification
process PS consists in the linear displacement y and/or the
angular displacement θ of the active part in relation to the
surface to be processed and the output consists in the dynamic
variation ∆M of the scarification moment. Pointing out the
components of the vectors y, θ, ∆F and ∆M in relation to the
reference triorthogonal system OY1Y2Y3, to which the elastic
structure of the machine-tool is related, it can be written:
3. Modele ale procesului dinamic de scarificare
Intrarea sistemului dinamic al procesului de scarificare PS o
constituie deplasarea liniară y şi/sau deplasarea unghiulară
θ a organului activ faŃă de suprafaŃa de prelucrat, iar
ieşirea o reprezintă variaŃia dinamică ∆M a momentului
de scarificare. Punând în evidenŃă componentele
vectorilor y, θ, ∆F şi ∆M în raport cu sistemul
triortogonal de referinŃă OY1Y2Y3 la care este raportată
structura elastică a maşinii unelte, se poate scrie:
 θ1 
θ =  θ 2  ,
 θ 3 
 y1 
y =  y 2  ,
 y 3 
 ∆M1 
∆ M =  ∆ M 2 
 ∆ M 3 
 ∆ F1 
∆ F =  ∆ F2  ,
 ∆ F3 
(8)
For the scarification process, a relatively simple
(proportionality) relation can be established between the
scarification force and the scarification moment. On the other hand, as
a rule, the angular displacements of the soil have negligible
influences on the behaviour of the dynamic processing
system, in relation to the quantities yl (l=1,3).
Pentru procesul de scarificare poate fi stabilită o
relaŃie relativ simplă (de proporŃionalitate) între forŃa şi
momentul de scarificare. Pe de altă parte, asupra
comportării sistemului dinamic de prelucrare deplasările
unghiulare ale solului au, de regulă, influenŃe neglijabile
faŃă de mărimile yl (l=1,3).
4. Modulations of the Scarification Depth
The scarification depth a represents the quantity
with determinative influence on the dynamic component of
the scarification force. In order to establish the way it
influences the force ∆F , the diagram of the free orthogonal
scarification is presented, where the relative displacement y
between the active component and the soil is supposed to
take place only in the direction along which the scarification
depth is measured. As noticed, the instantaneous
scarification depth appears as the distance between two
paths described by a point on the main cutting edge of the
active part: (I) left from the «previous pass» of the active part
and (II) appeared on the «current pass». These two «traces»
caused by the dynamic displacement between the active part
and the soil are time-shifted by a certain quantity Ta. Taking
into account the notations, it can be written:
4. ModulaŃiile adâncimii de scarificare
Adâncimea de scarificare a reprezintă mărimea cu
influenŃă determinantă asupra componentei dinamice a
forŃei de scarificare. Pentru a stabili modalitatea în care ea
influenŃează asupra forŃei ∆F , se prezintă schema
scarificării ortogonale libere, la care se presupune că
deplasarea relativă y dintre organul activ şi sol are loc
numai pe direcŃia pe care se măsoară adâncimea de
scarificare. După cum se observă, adâncimea instantanee
de scarificare apare ca distanŃa dintre două traiectorii
descrise de un punct de pe tăişul principal al organului
activ: (I) rămasă de la « trecerea anterioară » al organului
activ, iar (II) apărută la « trecerea curentă ».Aceste două
« urme », datorate deplasării dinamice dintre organul activ
şi sol, sunt decalate în timp cu o anumită mărime Ta.
Având în vedere notaŃiile se poate scrie:
(9)
+ ∆ a (i) ( t ) + ∆ a ( e ) ( t )
a = a(t) = a 0
where the variation ∆a ( t ) due to the (relative)
displacement of the active part along the path I is called
internal modulation of the scarification depth and
unde variaŃia ∆a ( t ) datorată deplasării (relative a)
organului activ pe traiectoria I poartă numele de
modulaŃie internă a adâncimii de scarificare, iar
∆a ( e ) ( t ) ,
∆a ( e ) ( t ) ,
(i)
appeared as a consequence of the dynamic
displacement of the active part in relation to the soil on the
“previous pass” is called external modulation of the
scarification depth. The sign convention introduced for
the quantity y allows us to write the total variation of the
scarification depth ∆a = ∆a( t ) in the following way:
∆a = a − a 0 = ∆a
(i)
where µ ∈ [0,1] is called factor of the regenerative effect
(or superposition factor). Supposing that the paths I and II
are harmonic, according to (10), the factor µ can be
defined as the ratio of the amplitude of the relative
displacements between the active part and the soil on the
“previous pass” and the amplitude of the same
displacement on the “current pass”. Supposing that the
dynamic component ∆F of the scarification force is
directly proportional to ∆a , it can be written:
(i)
apărută ca urmare a deplasării dinamice a
organului activ faŃă de sol la “trecerea precedentă”, poartă
denumirea de modulaŃie externă a adâncimii de
scarificare. ConvenŃia de semn introdusă pentru
mărimea y permite a scrie variaŃia totală ∆a = ∆a( t ) a
adâncimii de scarificare în forma:
+ ∆ a ( e ) = − y ( t ) + µ y ( t − Ta )
unde µ ∈ [0,1] poartă numele de factor al efectului
regenerative (sau factor de suprapunere). Presupunând
că traiectoriile I şi II sunt armonice, în conformitate cu
(10)factorul µ poate fi definit ca raport al amplitudinii
deplasărilor relative dintre organul activ şi sol la “ trecerea
precedentă” şi amplitudinea aceleiaşi deplasări la
“trecerea curentă’. În ipoteza în care componenta
dinamică ∆F a forŃei de scarificare este direct
proporŃională cu ∆a , se poate scrie:
∆ F = K a ( ∆ a (i) + ∆ a ( e ) ) = ∆ F (i) + ∆ F ( e )
where Ka is the static rigidity of the scarification force
(11)
unde Ka este rigiditatea statică a forŃei de scarificare.
∆ F (i ) = ∆ F ( i) ( t ) = −K a ⋅ y ( t )
is the component of the force ∆F due to the internal
modulation of the scarification depth and
(10)
(12)
componenta forŃei ∆F datorată modulaŃiei interne a
adâncimii de scarificare, iar
122
Vol. 28, No.2 /2009
∆ F ( e ) = ∆ F ( e ) ( t ) = µ K a ⋅ y ( t − Ta )
componenta forŃei ∆F datorată modulaŃiei externe a
adâncimii de scarificare. În conformitate cu relaŃiile (12) şi
(13), factorul µ poate fi definit şi ca raport al amplitudinilor
is the component of the force ∆F due to the external
modulation of the scarification depth. According to the
relations (12) and (13), the factor µ can also be defined as
a ratio between the amplitudes of the forces ∆ F ( e ) and
∆F . Another meaning of the regenerative factor
based on the experimental finding according to which,
least for the free orthogonal scarification, the amplitude
the dynamic component of the scarification force
proportional to the scarification width. In such situations,
(i)
µ = b ( e ) / b (i)
(i )
(13)
forŃelor ∆ F ( e ) şi ∆F .O altă semnificaŃie a factorului
regenerative este bazată pe constatarea experimentală în
conformitate cu care, cel puŃin la scarificarea ortogonală
liberă, amplitudinea componentei dinamice a forŃei de
scarificare este proporŃională cu lăŃimea de scarificare. În
asemenea situaŃii
(i)
is
at
of
is
µ = b ( e ) / b (i)
(14)
(e)
(i )
(14)
(e)
where b
and b
represent the internal and the
external width, respectively, of the detached soil strip.
The way µ can be calculated, given by the relation (3.49),
unde b
şi b
reprezintă lăŃimea internă, respectiv
cea externă a fâşiei de sol detaşate.
Modul în care poate fi calculat µ dat de relaŃia
is the following: using the notations
b ( e ) = AB , b (i) = AC
and calculating the arcs AB and AC depending on the
(3.49) este următorul: notând
nominal scarification depth to, the nominal generation feed
so, the main angle of approach χ and the rounding-off
radius rε of the active part cutting edges, it can be then
calculând arcele AB şi
nominală de scarificare to, avansul nominal de generare
so, unghiul principal de atac χ şi raza rε de rotunjire a
tăişurilor organului activ, poate fi, apoi, precizat
specified µ = AB / AC < 1. When rε>> so, we have
b ( e ) = AB , b (i ) = AC şi
AC în funcŃie de adâncimea
µ ≅ 1.
µ = AB / AC < 1. Atunci când rε>> so avem µ ≅ 1.
5. The Scarification Process Considered as a Linear
Time-Invariant Dynamic System
The first investigations for establishing the
dependence between the input and the output of the PS
system were based on the relations by means of which
the static (stationary) values of the scarification forces and
moments are calculated. Such relations have a semiempirical character, pointing out only the quantities with
determinative influence upon the scarification forces and
moments. For instance, the components F1 and F2 of the
scarification force are calculated by the formulas:
F1 = CF1 t
x F1
5. Procesul de scarificare considerat ca sistem
dinamic liniar invariant în timp
Primele cercetări în direcŃia stabilirii dependenŃei
dintre intrarea şi ieşirea sistemului PS s-au bazat pe
relaŃiile cu ajutorul cărora se calculează valorile statice
(staŃionare) ale forŃelor şi momentelor de scarificare.
Asemenea relaŃii au caracter semiempiric şi pun în
evidenŃă numai mărimile cu influenŃă determinantă asupra
forŃelor şi momentelor de scarificare. De exemplu,
componentele F1 şi F2 ale forŃei de scarificare se
calculează cu formulele:
s yF1 v zF1 , F2 = CF 2 t
xF 2
s yF 2 v zF 2
(15)
în care constantele depind de condiŃiile concrete de lucru
(materialul tăişurilor organului activ şi componenŃa solului,
geometria funcŃională a tăişurilor, etc.). Aceste constante
se determină experimental, prin măsurarea forŃelor F1 şi
in which the constants depend on the concrete working
conditions (the material of the active part cutting edges and the
soil composition, the functional geometry of the cutting edges,
etc.). These constants are determined experimentally, by
measuring the forces F1 and F2 for various values of the
(scarification depth), s (generation feed) and v
F2 la diverse valori ale parametrilor t ( adâncime de
scarificare), s (avans de generare ) şi v (viteza principală
(main scarification speed). Supposing that t = constant, s =
constant, v = constant, the variations of the forces F1 and F2
about the average values are neglected. Admitting that, during
de scarificare). Presupunându-se t =const., s=const.,
v=const. se ne neglijează variaŃiile forŃelor F1 şi F2 în jurul
valorilor medii. AdmiŃând că în timpul procesului de
parameters
t
the scarification process, the quantities
constant and equal to their nominal values
relation of (15) is written:
t
t0
and v remain
scarificare mărimile
and v0, the first
valorile lor nominale
scrie:
t
şi v rămân constante şi egale cu
t0
şi v0, prima relaŃie din (15) se
F1 = C 1 s y F 1 = C 1a y F 1
C1 = C t
xF1
F1 0
v
zF1
0
= C F 1bv
zF1
0
(16)
(17)
In the first approximation, it is supposed that the
dependence (16) is also kept in the presence of the
dynamic variation ∆a = ∆a( t ) of the scarification depth.
În prima aproximaŃie se presupune că dependenŃa
(16) se păstrează şi în prezenŃa variaŃiei dinamice
∆a = ∆a( t ) a adâncimii de scarificare. În acest caz,
In this case, developing the function (16) in Taylor series
around the nominal «adjustment point» a=a0 and keeping only
the linear terms of the development, the following is obtained:
dezvoltând funcŃia (16) în serie Taylor în jurul « punctului
nominal » de reglare a=a0 şi păstrând numai termenii liniari
ai dezvoltării se obŃine:
 ∂F 
F1 ≅ F1 ( a 0 ) +  1 
( a − a 0 ) = C 1a 0y F 1 + C 1y F 1a 0y F 1 − 1 ( a − a 0 )
∂
a

a =a0
F1 ( a 0 ) = F10 = C 1a 0y F 1
is the nominal adjustment value of the force F1, and
(18)
(19)
este valoarea nominală de reglare a forŃei F1, iar
123
Vol. 28, No.2 /2009
 ∂F 
∆ F1 =  1 
( a − a 0 ) = C 1 y F 1a 0y F 1 −1 ⋅ ∆ a = K a 1 ⋅ ∆ a
∂
a

 a =a0
(20)
componenta dinamică a forŃei F1.
Rămânând
la
ipoteza
simplificatoare
în
conformitate cu care mărimile ∆a şi y=y(t) se măsoară pe
aceeaşi direcŃie, în baza relaŃiei (10) se poate scrie:
(21)
∆ a = ∆ a ( t ) = − (1 − µ e − pT a ) y ( t )
is the dynamic component of the force F1.
Remaining at the simplifying hypothesis according to
which the quantities ∆a and y=y(t) are measured along the same
direction, on the basis of the relation (10), it can be written:
6. Conclusions
The analysis of work for active machine parts who
equipping the work cars for soil, involves determining
theoretical base referred on the mathematical-mechanical
modeling of the technological process of raising deep soil. For
this purpose the following are presented: dynamic system
of processing, the models for dynamic process of
scarifying; the scarifying process considered as linear
dynamic system invariant in time.
6. Concluzii
Analiza procesului de lucru al organelor active care
echipează maşinile de lucrat solul presupune stabilirea
bazei teoretice cu privire la modelarea matematicamecanica a procesului tehnologic de afânare adânca a
solului. In acest scop sunt prezentate următoarele: sistemul
dinamic de prelucrare; modele ale procesului dinamic de
scarificare; procesul de scarificare considerat ca sistem
dinamic liniar invariant in timp.
Bibliography / Bibliografie
1. Chiriacescu T.S., 2004, ’’Dinamica masinilor unelte
(prolegomene)’’, Editura Tehnica, Bucureşti;
2. Chiriacescu T.S., 2007, ’’Sisteme mecanice liniare o
introducere” Editura Academiei Romaniei, Bucureşti;
3. Krasnicenko A. V., 1964, ’’Manualul constructorului de
maşini agricole’’, Editura Tehnica, Bucureşti;
4. Hann M. J.; Giessibl J., 1998, Force Measurements
on Driven Discs, Journal of Agricultural Engineering
Research, volume 69, number 2, 149 - 157;
124
Vol. 28, No.2 /2009
INCREASING EFFICIENCY IN GROUND TRANSPORT BY USING A TRAFFIC CONTROL
SYSTEM
/
CREŞTEREA EFICIENłEI TRANSPORTULUI TERESTRU PRIN FOLOSIREA UNUI SISTEM DE
CONTROL AL TRAFICULUI
Prof. Dr. Eng. Mat. Sorin VLASE – Transilvania University Braşov (România)
Abstract:
This paper is presenting a method of traffic control for
companies who own a significant car park (fleet), from
domains like public transport, common transport of
goods/wares (carriage), agriculture and others. The
method is based on the continuous transmission of
location and status informations (like speed, weight) of
autovehicles or agricultural machinery using data
transmission technologies from mobile telephony and
GPS. We prove with examples that using a sistem of this
kind would improve traffic, reduce time loss and improve
lifetime expectancy of autovehicles.
Rezumat:
Lucrarea prezintă o metodă de a controla traficul rutier
pentru companiile care posedă un parc auto semnificativ şi
aparŃin domeniilor precum transportul public, transportul de
marfă sau agricultură. Metoda se bazează pe transmisia
continuă a locaŃiei şi diferitelor informaŃii de stare (viteză,
greutate) a autovehiculelor sau maşinilor agricole,
folosind tehnologii de transmisie de date din telefonia
mobilă şi GPS. Se demonstrează prin exemple că prin
folosirea unui astfel de sistem se fluidizează traficul, se
reduc timpii morŃi şi se prelungeşte durata de viaŃă a
autovehiculelor.
Keywords: engineering, traffic control, GPS, mobile
telephony, data transmission
Cuvinte cheie: inginerie, control al traficului, GPS, telefonie
mobilă, transmisie de date
1. Introduction
Groud traffic control in domains like goods transport,
carriage etc. represents a problem which usually the
classical systems used for public transport in urban areas
cannot solve, both because of the costs and the coverage
which that kind of traffic control systems provide. The
purpose of our research is to determine the possibility of
implementation of one solution based on data transmission
using modern „finding location” technologies like GPS
combined with other technologies specific to mobile
telephony and control elements (sensors with which we
can determine weight and other parameters like that) for
ground transport, especially carriage.
1. Introducere
Controlul traficului auto în domeniul transportului de
materiale şi marfă reprezintă o problemă pe care de cele
mai multe ori sistemele clasice folosite pentru transportul
în comun în zonele urbane nu o pot rezolva, atât din cauza
costurilor cât şi a ariei de acoperire pe care acestea ultime
amintite le impun. Scopul cercetării noastre îl constituie
determinarea posibilităŃii implementării unei soluŃii bazate
pe transmisia de date prin tehnologii moderne de aflare a
locaŃiei (GPS) combinate cu tehnologii din telefonia
mobilă şi elemente de control (senzori cu ajutorul cărora
se poate calcula greutatea şi altele) pentru transportul
auto de materii prime şi materiale.
2. General considerations
The traffic control systems are common in real life to
every domain which has one of its activities transport.
There exists sophisiticated systems based on radio
transmissions for air transport, control towers, radio
transmitter – receivers with which the airplanes are kept
in constant continuous link with the ground. Speaking of
rail transport, there are sensors placed on the rails (Fig.
1) in fixed positions which help us estimate the time
which the vehicle (train, tram, subway etc.) will take to
reach the point of interest (usually a station). Also, some
companies usually from domains like urban public
transportation (for example cab companies) had
implemented systems based on mobile telephony data
transmission so they can easily control their car fleet and
in this way to increase the efficiency of their business (1,7).
2. ConsideraŃii generale
Sistemele destinate controlului traficului se întâlnesc în
practică în orice domeniu care are ca una dintre activităŃi
transportul. Astfel, există sisteme sofisticate bazate pe
transmisii radio pentru transportul aerian, turnuri de
control, dispozitive de emisie-recepŃie radio prin care
avioanele stau în permanenŃă în legătură cu solul. La
transportul pe căile ferate există senzori plasaŃi pe şine
(Fig. 1) în poziŃii fixe şi astfel se poate calcula timpul pe
care vehiculul (fie el tren, metrou, tramvai etc.) îl va
parcurge până în punctul care ne interesează (de obicei
o staŃie). De asemenea, unele companii în special din
domeniul transportului de pasageri urban (firme de
taximetrie) au implementate sisteme bazate pe tehnologii
din telefonia mobilă şi nu numai pentru a-şi controla mai
uşor şi mai eficient flota de autovehicule (1, 7).
Fig. 1 - Solar powered sensor which detects trains when they are passing through the location where it is installed / Senzor cu
alimentare solară ce detectează trecerea trenului prin locaŃia la care este instalat (www.waymarking.com)
125
Vol. 28, No.2 /2009
We can easily see a common feature specific to those
examples presented above: almost all of them are built
for public passenger transportation in urban area, ultra –
urban if the term is permitted, understanding by that the
big cities with high density trafic where the income from
public passenger transports are significant. We can call
air traffic as an exception, but we know that air traffic
control is essential so that air traffic can happen in the
first place (also not to forget that we are talking about the
most expensive method of transportation).
When we consider motorised transport in agriculture, or
any form of carriage and goods transport we must take
into consideration that this kind of traffic does not follow
(in most cases) very fixed and precise routes (we don’t
have rails) so we can easily control it. The systems
which we described above are not efficient either
regarding of costs or coverage or (in most situations)
from both causes (3).
Remarcăm totuşi o caracteristică specifică tuturor acestor
exemple de mai sus: aproape toate sunt implementate pentru
transportul de călători în mediul urban, am spune ultra-urban
dacă ni se permite termenul, înŃelegând prin aceasta oraşele
mari cu trafic intens unde veniturile generate de transportul
de călători sunt semnificative. ExcepŃie am putea spune
că face traficul aerian, dar controlul acestuia este o condiŃie
esenŃială în primul rând pentru posibilitatea existenŃei
tipului de transport respectiv (pe de altă parte vorbim de
cea mai rapidă şi costisitoare metodă de transport).
Atunci când vine vorba de transportul din domeniul agricol,
fie el de materii prime sau de materiale etc. (îl vom denumi
în continuare trafic de marfă) avem în vedere că traficul
de acest gen nu se desfăşoară de cele mai multe ori pe rute
extrem de fixe (ca în cazul şinelor) încât să fie controlat
uşor. Sistemele prezentate mai sus nu sunt eficiente, fie
din punct de vedere al costurilor, fie ca şi arie de
acoperire, fie (de cele mai multe ori) din ambele cauze (3).
3. Using GPS for location controlling
The GPS technology (Global Positioning System)
represents a precise method for determining location, very
common nowadays especially in personal automobiles.
There are devices, maps and software applications
which guide the car driver (using both images and vocal
commands) to destination. Obviously, using this kind of
GPS devices with digital high resolution screen, sustained
by expensive software, may not represent a solution for
our problem concerning the transport of goods. On the
other hand, the technology is very useful in the system
that we propose if we use cheap and simple no extra
features receivers which will only provide us with the
location of the automobile in a fixed point (5,6).
Therefore, considering a company with a significant auto
park, if every auto would benefit from a GPS receiver, we
could determine the location of any of them in any given
moment in time (Fig. 2).
3. Controlul locaŃiei prin GPS
Tehnologia GPS (Global Positioning System) reprezintă
o metodă precisă de stabilire a locaŃiei, des întâlnită în
ziua de azi în special la autovehiculele rutiere de uz
personal. Există dispozitive, hărŃi şi software care
ghidează conducătorul auto (cu ajutorul imaginilor şi
comenzilor vocale) către destinaŃie. Evident, folosirea
acestui tip de dispozitive GPS cu afişaj digital, susŃinute
de software costisitor, nu poate reprezenta o soluŃie
pentru problema noastră legată de traficul de marfă. Pe
de altă parte însă, tehnologia ne este utilă în sistemul
gândit de noi în cazul în care folosim receptoare simple
şi ieftine care doar să ne furnizeze locaŃia
autovehiculului într-un anumit punct (5, 6). Aşadar,
considerând o companie cu un parc auto semnificativ, în
cazul în care fiecare autovehicul ar beneficia de un
receptor GPS, am putea afla poziŃia oricăruia dintre
acestea în orice moment (Fig. 2).
We permanently
know the location
using GPS
The location is
transmitted to mobile
telephony antennas
using GPRS
Fig. 2 - The location is determined using GPS and then transmitted to mobile telephony anntenas using specific technologies (GPRS) /
LocaŃia este captată prin GPS şi apoi transmisă către antenele de telefonie mobilă prin tehnologii specifice (GPRS)
4. Data transmission using mobile telephony
technologies
Assuming that each vehicle would have the unexpensive
GPS receivers installed, there is still a problem to be
solved. The receiver would return the location (lattitude,
4. Transmisia datelor folosind tehnologii din
telefonia mobilă
Presupunând că fiecare autovehicul ar avea instalate
respectivele receptoare GPS necostisitoare, problema
rămâne însă. Respectivul receptor va returna locaŃia
126
Vol. 28, No.2 /2009
longitude, altitude) to where it is installed, meaning on or
inside the vehicle, and if we plan to speak about a real
traffic control system, that kind of data should be
processed in a Command and Control Centre where it
could be analysed (2,3,8,9). For that, the data should be
collected from each of the GPS receivers and then
transmitted to the location of the Command and Control
Centre. We will use a data transmission technology
which is specific to mobile telephony (GPRS – General
Packet Radio Service) to send this data from the GPS
receiver to the Centre.
(latitudine, longitudine) acolo unde este instalat (pe sau
în autovehicul), iar dacă vrem să vorbim de un adevărat
sistem de control al traficului, ar trebui să existe un
centru de comandă şi control unde să se centralizeze şi
să se analizeze aceste date (2,3,8,9). Pentru aceasta
datele trebuie să fie colectate de la fiecare receptor GPS
şi transmise către o anumită locaŃie, şi anume cea a
respectivului Centru de comandă şi control. Vom folosi
transmisia de date specifică telefoniei mobile (şi anume
tehnologia GPRS – General Packet Radio Service) pentru a
transmite aceste date de la receptorul GPS către Centru.
5. Additional information collecting sensors
The system described above provides us with the
possibility to collect the location of each vehicle and then
to send it to the Command and Control Centre. We
thought that there are also lots of other very useful
information that could be sent using the same system,
like controlling the weight load for trucks and other
agricultural machinery with trailers. For that we need to
install a weight sensor (Fig. 3) at the trailer level, the
analogue data being collected there and then transformed
in digital signals easy to transmit using the same mobile
telephony technologies which we pointed above.
5. Senzori ce colectează informaŃii suplimentare
Sistemul prezentat mai sus oferă posibilitatea de a
colecta locaŃia fiecărui autovehicul şi de a o transmite
către Centrul de comandă şi control. Ne-am gândit că
există de asemenea o serie de alte informaŃii extrem de
utile care ar putea fi trimise prin acelaşi sistem, cum ar fi
controlul greutăŃii încărcăturii în cazul maşinilor agricole
cu remorcă. Pentru aceasta este necesară instalarea unui
senzor de greutate la nivelul remorcii (Fig.3), informaŃiile
analogice redate de către acesta fiind transformate în
semnal digital uşor de transmis prin aceleaşi tehnologii
de telefonie mobilă de care am amintit.
Fig. 3 - Sensors which detect the weight of the truck on which they are installed to /
Senzori ce detectează greutatea autovehiculului pe care este instalat (www.truckweight.com)
6. Data processing in the Command and Control
Centre
Here is where all the data which (from case to case,
depending of implementation) the device installed on the
vehicle is continuously transmitting. Graphics are made,
which show different parameters in time. This way we can
easily observe both sudden deviations from the „stable”
conditions – for example, a deviation like this could be
determined by a gyroscopic sensor which would signal
the sudden fall of the vehicle, if / when it occurs – and some
eventual tendencies of some parameters (for example, if
the temperature is constantly rising, we can assume that
the device which we monitor is gonna reach a point
where it could be in danger, and the operator could take a
decision before that status being reached) (Fig. 4).
The system might be controlled by three methods, either
a human operator, an automatic control system or a
combined variant. In case of the automatic control
system, when one of the measured characteristics is
going out of the „safe zone” which is set, an action will
take place. In our case of traffic control the action might
be announcing the vehicle driver (through mobile phone,
SMS etc.).
The human operator has the advantage of being able to
estimate the dangerous evolution in time of some
parameters but the disadvantage of human error. The
idea solution is, in our oppinion, a mixed system both with
human operator and automatic system as backup.
6. Prelucrarea informaŃiilor în centrul de comandă şi
control
Aici ajung toate informaŃiile pe care (de la caz la caz, în
funcŃie de implementare) dispozitivul instalat pe vehicul le
transmite continuu. Se realizează grafice cu evoluŃia
diferiŃilor parametri de-a lungul timpului, putând astfel fi
observate uşor atât deviaŃii bruşte de la condiŃiile „stabile”
– o astfel de deviaŃie ar putea fi redată de exemplu de un
senzor giroscopic ce ar semnala căderea bruscă, atunci
când apare respectiva cădere – cât şi anumite tendinŃe
ascendente sau descendente ale unor parametri (de
exemplu o creştere constantă a temperaturii poate
însemna apropierea unei stări de funcŃionare limită a
dispozitivului monitorizat, operatorul poate lua o decizie
înainte ca această stare să fie atinsă) (Fig. 4).
Sistemul poate fi controlat în trei feluri, fie de un operator
uman, fie de un sistem automat de control, fie într-o
variantă combinată. În cazul controlului automat, atunci
când una dintre caracteristicile mă-surate iese din valorile
limită se va executa automat o anumită acŃiune. În cazul
nostru legat de traficul auto, acŃiunea ar putea fi
anunŃarea sau atenŃionarea conducătorului auto printr-o
metodă oarecare (apel telefonic, mesaj text etc.).
Operatorul uman are avantajul estimării anumitor tendinŃe
periculoase (evoluŃia îngrijorătoare a unor parametri în
timp, chiar dacă nu ies în afara zonei sigure) şi
dezavantajul erorii umane. Varianta ideală e un sistem
mixt, cu operator uman şi sistem automat ca metodă de
backup.
127
Vol. 28, No.2 /2009
The Command and Control Centre
permanently knows the parameters
like location, weight, and therefore
can determine velocity, direction etc.
using dedicated software.
Fig. 4 - The collected data are transmitted to the Command and Control Centre using GPS and mobile telephony technologies (GPRS) /
Datele colectate sunt transmise către Centrul de comandă şi control prin GPS şi tehnologii specifice telefoniei mobile (GPRS)
Benefits
In this paragraph we will present the benefits of this
system, or in other words in which way the data which we are
collecting from the vehicle and processing in the Command
and Control Centre is useful to us. Therefore we have:
Location
Location control shows us where on the map is the
vehicle positioned, from which we can say (and in this
way, control) if the vehicle is on the set course or not.
Having access to location in two different points at two
clear moments in time, and also considering the shape of
the road from a geometric perspective we can determine
the velocity of the vehicle. If the velocity is over some limit
which we can impose, the vehicle driver will be notified
(automatically or by a human operator) using one of the
classical mobile telephony methods (voice call, text
message etc.). Moreover, considering that the location is
continuously transmitted, we can control the „driving
pattern”, the way the vehicle driver is doing his job (how
many times does he stop, where and for what period of
time)
Weight
Weight control helps us in the first instance to avoid the
situations when, for different reasons, the vehicle would
be over-weighted. If the weight is over a fixed maximum
established limit, the notification is automatically
transmitted.
Also, with the permanent weight checking, we can set
both a maximum speed limit considering weight (we think
here at the aspect of setting the maximum speed limit
which might not be passed for the safety and protection
of both the vehicle and the driver, and also to decrease
mechanical wear) and the route which the vehicle might
follow (we know that there are some weight limits for
passing some road infrastructure like bridges and some
other weight related restrictions on some roads for the
vehicles over some weight etc.)
Beneficii
În acest paragraf vom prezenta beneficiile acestui sistem,
sau de fapt la ce ne sunt utile datele pe care le colectăm
la nivelul autovehiculului şi le prelucrăm în Centrul de
comandă şi control. Aşadar avem:
LocaŃia
Controlul locaŃiei ne arată unde este poziŃionat
autovehiculul pe hartă, de unde putem deduce (şi în
acest fel controla) dacă acesta se află pe traseul impus
sau nu. Având locaŃia în două puncte diferite la cele două
momente de timp corespunzătoare şi de asemenea
Ńinând cont de forma deplasării (forma drumului privită din
punct de vedere geometric) se poate calcula viteza de
deplasare. Dacă viteza de deplasare depăşeşte o
anumită limită impusă, conducătorul auto va fi atenŃionat
(fie automat, fie de către un operator uman) prin una din
metodele de comunicare clasice ale telefoniei mobile
(mesaj text, apel telefonic etc.). Mai mult, locaŃia fiind
transmisă continuu, se poate controla modul în care
conducătorul auto efectuează transportul, cu alte cuvinte
de câte ori se opreşte, unde şi pentru cât timp.
Greutatea
Controlul greutăŃii ne ajută în primă instanŃă la evitarea
situaŃiilor în care transportul se face supraîncărcat, din
diferite motive. În cazul în care încărcătura depăşeşte o
anumită greutate maximă stabilită, atenŃionarea se trimite
instantaneu.
De asemenea, cu ajutorul verificării în permanenŃă a
greutăŃii se pot stabili atât viteza în funcŃie de greutate
(ne referim aici la anumite limite de viteză maximă care
nu pot fi depăşite pentru a reduce uzura şi pentru a nu
pune în pericol siguranŃa atât a autovehiculului cât şi a
conducătorului auto) cât şi traseul pe care autovehiculul îl
poate urma (ştim că există anumite limite de greutate
pentru trecerea unor elemente de infrastructură rutieră de
genul podurilor, restricŃii de circulaŃie pe unele drumuri
pentru autovehicule peste un anume gabarit etc.).
Conclusions
Every element which we presented in the previous
chapter actually represents controlling some of the risk
factors associated to ground transport. We consider here
safety, decreasing the risk of accidents, reducing wear,
improving transport times and in this way increasing the
overall eficiency by highly reducing the time waste.
The limitations of our research must be taken into
consideration, the ideas of this article representing a
base, a starting point for future research. The system that
we propose exists only as an idea, we focused to
determine if there is the real posibility to introduce and
implement the control methods we proposed in this
article, but we did not set up any practical simulation yet.
Also, the system that we propose presents some
Concluzii
Toate elementele prezentate în capitolul anterior reprezintă
de fapt controlul unei părŃi a factorilor de risc atunci când
vine vorba de transportul rutier. Vorbim aici de siguranŃă,
reducerea riscului de accidente, reducerea uzurii, îmbunătăŃirea
timpilor de transport, eficientizarea transportului prin
eliminarea într-o mare măsură a timpilor „morŃi”.
Trebuie luate în consideraŃie limitările cercetării noastre
din acest moment, ideile din acest articol reprezentând o
bază, un punct de plecare pentru cercetări ulterioare.
Sistemul propus de noi există deocamdată doar sub
formă de idee, ne-am focalizat să determinăm dacă
există posibilitatea reală pentru a se putea aplica
metodele de control propuse de noi în acest articol, dar
nu am realizat încă nici o simulare practică. De
128
Vol. 28, No.2 /2009
disadvantages, in fact requires some conditions to be
able to efficiently run. Those are the coverage (and errors)
for the two main technologies that we use, the Global
Positioning System GPS (this disadvantage is minor, the
coverage for this technology is very good in Europe) and
mobile telephony data transfer GPRS, this last aspect
being somewhat serious, especially for Romania where the
coverage (mainly in the rural areas) suffers significantly.
As a future work, we plan to realise some simulations of
the system in real traffic conditions, firstly considering
only location and weight as parameters, to practically
determine the system’s efficiency. Also we plan to
introduce other control elements for vehicles, which are
transmitted in real time to the Command and Control
Centre, one of the first parameters which we have in plan
for this being the temperature at the level of the
mechanical structures of the autovehicles.
References / Bibliografie
1. Bau, H.H. Derooij, N.F. Kloeck, B. (1989) Sensors :
A Comprehensive Survey : Volume 7 : Mechanical
Sensors, Basel: VCH Verlagsgessellschaft mbH
2. Daoud I. Zatari (2007) Development of a wireless
rural telemedicine network and management system,
International Journal of Networking and Virtual
Organisations, Vol. 4, No.2 pp. 109 – 117
3. K.L. Choy, Steve Frankland, Lenny S.C. Koh, Dennis
W.K. Leung (2007) Development of an intelligent
logistics fleet management system: an integrated
approach, International Journal of Enterprise
Network Management, Vol. 1, No.4 pp. 372 – 393
4. Qing-hua GU, Cai-wu LU, Fa-ben LI, Chang-yong
WAN (2008) Monitoring dispatch information system
of trucks and shovels in an open pit based on
GIS/GPS/GPRS, The Journal of China University of
Mining & Technology, Elsevier B.V.
5. Sameer Kumar, Joel Stokkeland (2003) Evolution of
GPS technology and its subsequent use in
commercial markets, International Journal of Mobile
Communications, Vol. 1, No.1/2 pp. 180-193
asemenea, sistemul pe care îl aducem în discuŃie
prezintă anumite dezavantaje, necesită anumite condiŃii
de funcŃionare, cum ar fi existenŃa acoperirii pentru
tehnologia GPS (dezavantaj minor, acoperirea lipseşte
doar în zone izolate) şi pentru telefonia mobilă, aspectul
acesta din urmă având un anumit grad de seriozitate, mai
ales pentru România unde acoperirea (în special în
zonele rurale) suferă în mod semnificativ.
În viitor vom urmări să realizăm simulări ale sistemului în
condiŃii reale de trafic, la început luând în considerare
doar controlul locaŃiei şi al greutăŃii, pentru a determina
practic eficienŃa sistemului. De asemenea vom introduce
noi elemente de control pentru autovehicule, care să fie
transmise în timp real către Centrul de comandă şi
control, unul dintre primii parametri de acest gen fiind
temperatura la nivelul anumitor dispozitive mecanice din
structura autovehiculelor.
6.
Vlase, S., Munteanu, M.V., Scutaru, M.L. (2008) On
the Topological Description of the Multibody
th
Systems. 19 DAAAM International Symposium.
Intelligent Manufacturing & Automation, Trnava,
Slovakia, ISBN 978-3-901509-68-1, ISSN 1726-9679
7. Wagner, E. (3) Dandliker, R. Zemel, J.N. (1989)
Sensors: A Comprehensive Survey : Volume 6 :
Optical Sensors, Basel: VCH Verlagsgessellschaft mbH
8. Waterson, B.J., Cherrett, T,J., McDonald, M. (2005)
The use of simulation in the design of a road
transport incident detection algorithm, Journal of the
Operational Research Society
9. Waterson, B.J., Hounsell, N.B., Chatterjee, K. (2001)
Quantifying the potential savings in travel time resulting
from parking guidance systems — a simulation case
study, Journal of the Operational Research Society
10. Yizhong Wang, Oscar K.W. Ho, George Q. Huang,
Da Li (2008) Study on vehicle management in
logistics based on RFID, GPS and GIS, International
Journal of Internet Manufacturing and Services, Vol.
1, No.3 pp. 294 – 304.
129
Vol. 28, No.2 /2009
THE ENERGY SAVING OPTIONS FOR FIELD MACHINERY
/
REDUCEREA CONSUMULUI DE ENERGIE PRIN OPTIMIZAREA AGREGATELOR AGRICOLE
LA CULTURILE DE CAMP
Prof. Dr. Ing. Badescu M., ing. drd. Dicu Loredana Elena
Abstract: The diversification of the machinery
requirements for the new size farms from small individual
farms of 2-3 ha surface to farm associations and large size
farms of 20-30 thousands hectares needs new
machineries for these challenges in order to enhance the
productivity and to reduce the fuel consumption and
energy savings. An important goal in the achievement of
these tasks is the optimisation of the machineries is the
precise measures on the cropping machineries. Under this
aspect there is need to use scientific criteria both for the
correlation of the moving methods and the construction
processes of the tractors and other machineries with low
energy requirements. Also, the assisting of the working
processes of the machinery and electric installations along
with enhancing of the maintenance characteristics will
conduct to the increasing of the productivity and efficiency
and, finally, to the reduction of the energy consumption of
the tillage for the field crops.
Rezumat: Diversificarea bazei energetice în concordanŃă cu
multitudinea dimensională a exploataŃiei agricole, de la ferme
individuale ale producătorilor de 2-3 ha, la asociaŃii şi chiar
holdinguri ale societăŃilor comerciale agricole de 20-30 mii ha,
reclamă o preocupare a specialiştilor pentru sporirea activităŃii
de reducere a cheltuielilor materiale şi a consumurilor de
combustibil şi energie. Un loc important în realizarea acestui
scop îl reprezintă măsurile concrete privind optimizarea agregatelor
agricole. Sub acest aspect, este necesară formarea agregatelor
de lucru după criterii ştiinŃifice, atât prin corelarea metodelor
de deplasare cu parametrii constructive ai tractoarelor şi
maşinilor, cât şi adaptarea tehnologiilor de mecanizare şi de
exploatare cu cerinŃele reducerii consumului energie. De
asemeni, asistarea proceselor de lucru ale maşinilor de către
instalaŃii electrice, alături de ridicarea fiabilităŃii şi mentenenŃei
utilajelor, conduc la mărirea capacităŃii de lucru şi
disponibilităŃi tehnice, ce duc în final la reducerea consumului
energetic la lucrările agricole în culturile de câmp.
Key Words: optimisation, geometrical programs,
machinery unit, power allowance
Cuvintele cheie: optimizare, programe geometrice, agregate
agricole, reduceri energetice.
INTRODUCTION
The correlation of constructive parameters of
machinery unit with the new size of exploitations, today, in
Romania’s agriculture, require new investigations
methods, such as geometrical programs, who has great
optimisation gravel advantages on machinery units.
These programs have a large number of variable
parameters in goal function, which usually is not a straight
line, and enable to establish the optimum value of goal
function, being very important when is used to study many
varieties.
INTRODUCERE
Corelarea parametrilor constructivi ai agregatelor agricole
cu multitudinea dimensională a exploataŃiei agricole, prezentă
în agricultura de azi a României, necesită metode noi de
investigare, cum ar fi programele geometrice, care prezintă
avantaje reale de calcul de optimizare a maşinilor agricole.
Ele pot cuprinde un număr mare de parametrii
variabili în funcŃia scop, care de obicei nu este liniară şi
permite determinarea directă a valorii optime a funcŃiei
scop, ceea ce prezintă o mare importanŃă atunci când
aceasta se foloseşte pentru studiul mai multor variante.
The researching method
Require the machinery unit optimisation with the help
of geometrical programs. To establish the researching
method, we have the next functions:
Metoda de lucru
Presupune optimizarea agregatelor cu ajutorul
programelor geometrice. Pentru stabilirea metodicii de
lucru, se aleg funcŃiile de forma:
X→
C x a i 1 x a i 2 .......... .......... .. x a in
X→
∑
C i x 1a i 1 x 2a i 2 .......... .......... .. x na in
(1.1)
X1 > 0; Ci > 0; ai j є R
which are named posinoms.
The posinomial geometrical program is a solving
technique of programs, based on the transformation of
these equivalent programs with straight-line restraint. It was
conceived as result of use in optimisation matters of
inequality between the arithmetic average:
Ma = a 1 + a 2 + .......... ...... + a n , ai > 0, n Є N
n
and the geometrical average
Mg =
a1 a 2 ..................a n
n
It is known Ma ≥ Mg, being equal only if a1 = a2 =……..
=an, named geometrical inequality; arising the name of
geometrical programming.
Considering the numbers ui > 0, and the weights δ ≥
0 (I = 1, 2,.., m), iar
m
∑δ
i =1
i
=1.
∑
i
1
2
n
(1.1)
X1 > 0; Ci > 0; ai j є R
se numesc pozinoame.
Programarea geometrică pozinomială dă o tehnică de
rezolvare a programelor formulate cu ajutorul pozinoamelor,
bazată pe transformarea acestor programe echivalente cu
restricŃii liniare. Ea a luat naştere ca urmare a folosirii în
problemele de optimizare a inegalităŃii dintre media aritmetică:
Ma = a 1 + a 2 + .......... ...... + a n , ai > 0, n Є N
n
şi media geometrică
Mg =
n
a1 a 2 ..................a n
Se ştie că Ma ≥ Mg, egalitatea având loc dacă şi numai
dacă a1 = a2 =…….. =an, relaŃia numită inegalitate geometrică; de
unde şi denumirea de programare geometrică.
Considerăm numerele ui > 0 şi ponderile δ ≥ 0 (I = 1,
2, ……….., m), iar
m
∑δ
i =1
i
= 1.
130
Vol. 28, No.2 /2009
Se numeşte media aritmetică ponderată expresia:
m
(1.2)
Map = δ1u1 + δ2u2 +……..+ δmum =
∑ δ iu i
The following expression is called weighted-arithmetic average:
Map = δ1u1 + δ2u2 +……… δmum = m
(1.2)
∑δ
i
i =1
ui
i =1
And the expression:
δ
Iar expresia:
δ
δ
Mgp = u 1 1 u 22 ……………u nn =
m
∏
δ
(1.3)
u iδ i
δ
δ
Mgp = u 1 1 u 22 ……………u nn =
m
∏
i =1
Is called weighted-geometrical average.
Between the relations (1.2) and (1.3), we have:
Map ≥ Mag
Or otherwise:
m
n
∑δ u ≥ ∏ u
i
i =1
i
b)
m
δi
∑
δ
i=1
i =1
δ2


   
v1 + v2 + .+ vm ≥  v1   v 2  .......... ........  v n 
   


 δ1   δ 2 
 vi

i =1
i =1  δ i
the equality is possible only if:
m
δm
v1
δ1
=
v2
δ2
δi
⊂
f(x) =
n
R + → R+, f
m
∑C
i =1
i
∈ C∞
v1
δm
f: E
∑ u (X )
f(X) =
m
i =1
 C1
δ
 1
where
x na1 n 



..........



δ1
 C2

δ2
δ1
a δ2
121
where D 1 =
( )
................. x1am1
δm
i =1
i =1
δ2
C

 .......... . m

 δm



∑ δ i ai1 , means: D j = ∑ δ i aij j=(1, 2,,n).
Beside the a and b conditions, we have:
m
c)
∑ δia j = 0 ,
i =1
V(δ,X), becomes:
m
∑C
m
∏
i =1
 u i (X

 δi
 C 2 x 1a21 x 1a22 ....... x na 2 n
.

δ2

= x δ1a11 +δ 2 a21 +..........+δ m
m
 v2

δ2
δ2
v

 .......... ........ n

δm



v2
δ2
δm
δi
= .......... ..... =
(1.5)
vm
δm
ortogonality; in this case
i
∈ C∞
(1.6)
x 1a i 1 x 2a i 2 .......... .......... x na in =
m
∑ u (X )
i =1
i
X = (x1, x2, …………., xn), xi >0, Ci>0; aij ∈ R, se numeşte
pozinom. Un pozinom f ia valori numai strict pozitive, de
aceea există în inf. f(x). Pentru găsirea efectivă a marginii
inferioare inf. f(x), se poate utiliza inegalitatea geometrică 1.5:
δm
) 
δi
=






δ
2
 C
...... 


m
x 1am 1 x 2a m 2 ....... x na mn 


δm

. x 1D1 x 2D 2 .......... . x nD n = V (δ , X
unde
m
n
i =1
ui(X ) ≥
Because in every factor of multiplication appears x1,
x2,……., xn, then
a δ1
111
=
R + → R+, f
f(x) =
δ = (δ 1 , δ 2 ,............, δ m )
(x ) (x )
⊂
i
∑
δ1
(1.4) sau (1.5) poartă denumirea de inegalitate geometrică.
FuncŃia:
m
i =1
= 1, de normalitate.
i
m
δ1
(1.6)
=
m
 vi 


i
i =1
i =1  δ i 
egalitatea având loc dacă şi numai dacă:
X = (x1, x2, …………., xn), xi >0, Ci>0; aij ∈ R, is a
posinom. A posinom has only positives values, and exist in
inf. f(x). To find the lower limit of inf. f(x), is used the (1.5):
 C 1 x 1a11 x 2a12 ..........

δ1

∑δ
vm
x 1a i 1 x 2a i 2 .......... .......... x na in =
=
b)
m
the (1.4) or (1.5) is named geometrical inequality.
The function:
f: E
δ i ≥ 0 , de pozitivitate;
∑v ≥∏
(1.5)
= ............... =
(1.4)
a)
v1 + v2 + …….+ vm ≥  v1 
δ 
 1
sau
δm 



δi
i
Dacă se face schimbarea de variabile
vi = uiδi
atunci inegalitatea 1.4 devine:
or
i
i
i =1
i =1
if it is done the variables shift
vi = uiδi
then the (1.4) inequality becomes:
m
(1.3)
i
în condiŃiile menŃionate trebuie satisfăcute:
i
∑v ≥ ∏
i
i =1
= 1, normality;
δ1
n
∑δ u ≥ ∏ u
(1.4)
i
δ i ≥ 0, positivity;
m
δ
i
se numeşte media geometrică ponderată.
Se poate demonstra că între 1.2 şi 1.3 există relaŃia:
Map ≥ Mag
sau astfel
in the mentioned conditions, it must be satisfied:
a)
u
i=1
δ
m
=
)
δ = (δ 1 , δ 2 ,............, δ m )
Deoarece în fiecare factor al produsului apar x1,
x2,……., xn, atunci
(x ) (x )
a δ1
111
a δ2
121
unde D =
1
( )
.......... x1am1
δm
= xδ1a11+δ2a21+......+δmam1 = x D1
m
m
i =1
i =1
∑ δ i ai1 , adică: D j = ∑δ i aij j=(1, 2, ,n).
dacă în afara condiŃiilor a şi b este satisfăcută şi condiŃia:
c)
m
∑δ a
i =1
i
j
= 0 de ortogonalitate, în această
ipoteză V(δ,X), se reduce la:
131
Vol. 28, No.2 /2009
δ1
δ2
δm
δm
δ1
δm
δ2
δm
m
 Ci 
V (δ ) =  C1   C 2  .......... .. C m  =
(1.7)
 
∏
δ  δ 
δ 
δ
i
=
1
1
2
m
i
  



 
The 1.7 function is called dual function attached 1.6
x
polinom with convention x ≡1, for x=0.
The relation f(x)≥ V(δ), true, only if the conditions a,
b, c, show that each value of V is a positive minor of f
values and each value of f is a positive major of X values.
m
 Ci 
V (δ ) =  C1   C2  ............ Cm  =
(1.7)
 
δ  δ 
δ 
i =1  δ i 
 1  2
 m
FuncŃia 1.7 se numeşte funcŃia duală ataşată
x
polinomului 1.6 cu convenŃia x ≡1, pentru x=0
RelaŃia f(x)≥ V(δ) adevărată în condiŃiile a, b şi c, arată că
orice valoare a lui V este un minorant strict pozitiv al valorilor lui f
şi orice valoare a lui f este un majorant strict pozitiv al valorilor lui X
Study case
Establishing the optimum parameters of ploughing equipment
The mathematic model for traction resistance study
of plough, is given by the relation:
Ω
g (B l V l ) =
+ K .a . B l + B l V l 2
aB l V l
where:
Ω – equipment-loading factor;
E – the energy accordingly to maximum traction
force of tractor, Nm;
2 -1
W – aggregate efficiency, m s ;
a – working depth, m;
-1
Vl – aggregate working speed, ms ;
-2
K – soil specified resistance, Nm ;
ε – resistance quotient at soil side motion by the
-2 -4
cormorant Ns m ;
Bl – aggregate working width, m.
With 1.7 geometrical inequality, it forms a simple dual
function:
Studiu de caz
Determinarea parametrilor optimi ai agregatelor de arat
Modelul matematic pentru studiul forŃei de
rezistenŃă la tracŃiune a plugului, este dat de relaŃia:
V (δ
)=
δ1
 Ω   Ka

 
 aδ 1   δ 2



δa
 εa

δ3



δa
g (B l V l ) =
∏
Ω
+ K .a . B l + B l V l 2
aB l V l
unde:
Ώ – EW – factorul de încărcare al agregatului;
E – energia corespunzătoare forŃei de tracŃiune
maxime a tractorului, Nm;
2 -1;
W – capacitatea de lucru a agregatului, m s
a - adâncimea de lucru, în m;
-1;
Vl – viteza de lucru a agregatului, ms
-2;
K – rezistenŃa specifică a solului, Nm
ε – coeficientul de rezistenŃă la deplasarea laterală
2 -4
a solului de către cormană, Ns m ;
Bl – lăŃimea de lucru a agregatului, m.
Cu ajutorul inegalităŃii geometrice 1.7 se formează
funcŃia duală simplificată:
V
(1.8)
(δ ) =
 Ω

 aδ1



δ1
 Ka 


 δ2 
δ
a
 εa

δ3



δ
a
(1.8)
where the weights δi have to discharge the following
conditions:
D1= - δ1 + δ2 + δ3 = 0
D2 = - δ1 +2δ3=0
Unde ponderile
From the assessed conditions, where formed 3
equations with 3 unknowns. Solving the system, it
1
obtained: δ = 1 ; δ = 1 ;
δ 3 = . By including
1
2
2
4
4
the obtained values in 1.8 dual function, it obtained:
Din condiŃiile impuse s-a format 3 ecuaŃii cu 3
necunoscute. Prin rezolvarea sistemului se obŃine:
δi trebuie să îndeplinească condiŃiile:
D1= - δ1 + δ2 + δ3 = 0
D2 = - δ1 +2δ3=0
δ1 + δ 2 + δ 3 = 1
δ1 + δ 2 + δ 3 = 1
V
(δ )
 2Ω 
= 

 a 
1
2
(4
Ka
) (4 ε a )
1
4
1
4
V (δ ) = 2 4 Ω K ε
(1.9)
Because minimum g (Bl Vl) = max V(δ), arise that the
minimum resistance force at traction of plough is given by
1.9 relation:
R min = 2 4 4 Ω 2 K ε
(1.10)
1.10 relation sets the minimum value of primary function,
before the establishing of Bl and Vl values according to
the minimum of the function. Vopt and Bopt values set with
the relation:
U i = V (δ i )δ i
24 4Ω
2
Kε.
1
Ω
=
2
aB l V l
2 4 4 Ω 2 K ε . 1 = KaB
4
24
4Ω
2
Bopt =
Vopt
4
=
4Ω K ε
2K
K
ε
δ3 =
1
. Prin introducerea
4
valorilor obŃinute în funcŃia duală 1.8, se obŃine:
 2Ω 
V (δ ) = 

 a 
V (δ
)=
1
2
(4 Ka ) 4 (4 ε a ) 4
1
R min = 2 4 4 Ω 2 K ε
(1.10)
RelaŃia 1.10 stabileşte valoarea minimă a funcŃiei
primare, înainte de a determina valorile Bl şi Vl
corespunzător minimului funcŃiei. Valorile Bopt şi Vopt se
stabilesc cu ajutorul relaŃiei:
U i = V (δ i )δ i
2
Kε.
1
Ω
=
2
aB l V l
4
2
l
⇒
(1.9)
deoarece minim g(BlVl)=max V(δ), rezultă că forŃa
minimă de rezistenŃă la tracŃiune a plugului este dată de
relaŃia 1.9, adică:
2 4 4 Ω 2 K ε . 1 = KaB
l
1
24 4Ω 2 K ε
24 4Ω
1
Kε.
= ε aB l V
4
after solving the system, it obtained:
1
1
; δ2 = ;
2
4
⇒
2
4
δ1 =
24
4Ω
2
Kε.
l
1
= ε aB l V l 2
4
în urma rezolvării sistemului, se obŃine:
4Ω K ε
2K
K
Vopt
=
ε
Bopt =
4
132
Vol. 28, No.2 /2009
Conclusions
The geometrical programs represent one of the new
investigation methods, used for necessary optimisation of
the new size exploitation.
Within a posinomial program it can be attached the
dual matter, to find the maximum of that function with its
restrictions, and if the restrictions are stright-lined, the
multitude is convex.
For the convex functions, their sum is convex too
and the dual matters are equivalent to find the minimum
of a convex function.
By using the mathematic model for traction
resistance study of ploughing equipments and forming the
simple dual matter, at the end, it can be establish the
relation which expresses the traction minimum force at
resistance of the plough.
By solving the equation system, it can be obtained
the optimum working width Bl and the optimum speed Vl
of the equipment.
Concluzii
Printre metodele noi de investigare, folosite în
optimizarea necesară multitudinii dimensionale ale
exploataŃiei agricole, se află şi programele geometrice.
În cadrul unui program pozinomial i se poate ataşa
problema duală, pentru a se găsi maximul funcŃiei respective
cu restricŃiile sale, iar în cazul în care restricŃiile sunt
liniare, mulŃimea determinată de el este convexă.
În cazul funcŃiilor exprimate strict convex, suma acestor
funcŃii este strict convexă, problema duală este echivalentă
cu găsirea minimului unei funcŃii strict convexe.
Folosind modelul matematic pentru studiul
rezistenŃei la tracŃiune al agregatelor de arat şi formând
funcŃia duală simplificată, se determină în final relaŃia
care exprimă forŃa minimă de tracŃiune la rezistenŃă a
plugului.
În urma rezolvării sistemului de ecuaŃii, se pot
obŃine lăŃimea de lucru optimă Bopt şi viteza reală optimă
a agregatului agricol.
Bibliography
1. DOBRESCU C. – Optimizarea parametrilor agregatelor
agricole în scopul reducerii consumurilor, Editura R.P.T.A,
Bucureşti 1981;
2. NEDEF V., BAISAN I. - Studi şi cercetări privind
consumul de energie mecanică la lucrările solului,
"Lucrări ştiinŃifice", Bucureşti 1995
3. SANDRU A.,BADESCU M., SANDRU L. – Reducerea
consumului de energie prin folosirea raŃionala a agregatelor
agricole, Editura Scrisul Romanesc,1982-Craiova
Bibliografie
1. DOBRESCU C. – Optimizarea parametrilor
agregatelor agricole în scopul reducerii consumurilor,
Editura R.P.T.A, Bucureşti 1981
2. NEDEF V., BAISAN I., - Studi şi cercetări privind
consumul de energie mecanică la lucrările solului,
"Lucrări ştiinŃifice", Bucureşti 1995
3. SANDRU A.,BADESCU M., SANDRU L. – Reducerea
consumului de energie prin folosirea raŃionala a agregatelor
agricole, Editura Scrisul Romanesc, 982-Craiova.
133
Vol. 28, No.2 /2009
RESEARCHES ON THE SPECIALISATION OF THE WIDE ROW
DRILLS FOR THE CERTAIN CROPS
/
CERCETĂRI PRIVIND SEMĂNATUL DE PRECIZIE SPECIALIZAT
PENTRU ANUMITE CULTURI PRĂŞITOARE
Ing. Drd. Stoian Florin, prof. Univ. Dr. Bădescu M.
Abstract: Precision drills represents, today, with all
advanced technology, a major problem. Equipped or not
with fertilization equipment, making such kind of complex
drills for corn and sunflower crops, having electronically
disposals, in order to obtain machines with technical
systems, of which technical fidelity and availability are
rather hard to monitories.
Rezumat: Semănatul de precizie reprezintă şi azi, cu toate
tehnologiile avansate, o problemă ridicată. Prevăzute cu
echipamente de fertilizare sau nu, realizarea unor astfel de
semănători complexe pentru plante prăşitoare, prevăzute cu
dispozitive electronice şi de semnalizare, a condus şla
construcŃia unor maşini, cu sisteme tehnice a căror fidelitate şi
disponibilitate tehnică sunt relativ greu de monitorizat.
Keywords: precision drill, fertilisation equipment.
Cuvintele cheie: semănători de precizie, echipament de fertilizare
1. General considerations
Among the precision drills made in Romania the
group of SPC (6, 8,12) is the most important. They are
made for accomplishing the drilling process for a range of
wide row crops such as sunflower and corn.
They are equipped or not with fertilisation equipment
in order to provide the young plants with starter fertilizer.
These devices which are rather complex have different
characteristics that are not easy to monitor with.
The new exploitation structure of our farms where the
farmers have reduced the crops array to two or three crops
imply new challenges for the machinery constructors that
need to produce simpler drills with reduced mass and a
reduced price in order to meet the new requirements of the
cash crops as corn and sunflower.
The working process of the drill is assisted by an electronic
component in order to control the seed distribution for the
enhancing the quality of the drilling process. The new concept of
the precision drill will increase the distribution and uniformity of the
seed placement as depth and distance between seeds through
the new cinematic chain and electronic control as well as the
increasing of the working speed and machinery productivity.
There are some examples of drills made in Romania
or worldwide: C. Coholne. ICMA prototipes, from France
(Rau Sicom, Monoseur, Nodet), Italy (Gaspardo, Sfogia,
Toselli), Germany (Becher), etc., only the S8-CP and
Gaspardo drills have the requirements established by the
proposed theme.
1. ConsideraŃii generale
Din grupa semănătorilor de precizie fabricate în România, se
distinge familia semănătorilor SPC (6, 8, 12), concepute pentru
realizarea lucrărilor la un număr mare de culturi şi printr-o largă
diversitate de condiŃii de lucru pentru scheme de semănat multiple.
Prevăzute cu echipamente de fertilizare sau nu, realizarea
unor astfel de semănători complexe pentru plante prăşitoare a
condus la construcŃia unor maşini cu mecanisme şi sisteme tehnice
a căror fiabilitate şi disponibilitate tehnică sunt greu de monitorizat.
Noua structură a exploataŃiilor agricole şi care
producătorii din diferite motive au redus gama de culturi
din tehnologia fermei, solicită de la constructor realizarea
unor semănători cu construcŃie simplă, masă redusă şi preŃ
de cost pe măsura potenŃialului lor economic, specializate,
de regulă, pe culturile de porumb şi floarea soarelui.
Asistarea procesului de lucru al maşinii de o
instalaŃie electronică pentru controlul distribuŃiei, poate
ridica indicii calitativi ai lucrării la cote superioare.
Regândirea lanŃului cinematic al transmisiei de la roată la
aparatul de distribuŃie, poate îmbunătăŃi, de asemenei,
uniformitatea pe rând a seminŃelor şi creşterea vitezei de
lucru.
Dintre semănătorile de precizie realizate în România şi
pe plan internaŃional de firmele C. Coholne, prototipuri
ICMA, firme din FranŃa (Monoseur, Nodet, Rau Sicom), Italia
(Gaspardo, Sfogia, Tosseli), Germania (Becher), etc., cerinŃele
impuse de tema propusă se regăsesc la semănătorile S 8
CP – INMA şi GASPARDO SP DORDA Italia.
2. New drills in specialized precision drilling
technology
The experimental model of drill for corn and
sunflower carried by the abducting mechanism in three
points of the 65 HP tractor, on wheels and equipped with
fertilization system.
2.1 Constructive and functional description of the
experimental model
The drill for weeding plants S8 – CP with fertilization,
has 8 drilling sides with parallelogram mechanism to copy
the terrain configuration, with drilling depth regulation
mechanism for each side, having pneumatic distribution
and cardan transmission from the seeds distributor axle.
To control the seeds distribution during work time, the
drill has a signalling electronic disposal, with dustproof
components, shocks and humidity. On the drill frame is
fitted an equipment to incorporate the granulated chemical
fertilizers, with a bunker for 2(3) rows. The machine
transport is made on the long side, framed in a
transporting overall dimension of 2, 1 m. Air exhauster
2. Semănători noi în tehnologia semănatului de
precizie specializat
Modelul experimental de semănătoare specializată
pentru porumb şi floarea soarelui, purtată de mecanismul
de ridicare în trei puncte al tractorului de 65 CP pe roŃi şi
echipată cu echipament de fertilizare.
2.1 Descrierea constructivă şi funcŃională a modelului
experimental
Semănătoarea pentru plante prăşitoare cu fertilizare S8 CP, este
prevăzută cu 8 secŃii de semănat dotate cu mecanism paralelogram
pentru copierea configuraŃiei terenului, cu mecanism de reglare a adâncimii
de semănat individual la fiecare secŃie, cu distribuŃie pneumatică
şi cu transmisie cu cardan de la axul distribuitorului de seminŃe.
Pentru controlul distribuŃiei seminŃelor în timpul lucrului,
semănătoarea este prevăzută cu un dispozitiv electronic
de semnalizare, realizat în concepŃie proprie, cu componente
rezistente la mediul cu praf, şocuri şi umezeală. Pe cadrul
semănătorii se montează un echipament pentru încorporarea
îngrăşămintelor chimice granulate, cu un buncăr pentru
2(3) rânduri. Transportul maşinii se face pe lung, încadrându-se
134
Vol. 28, No.2 /2009
which supplies the necessary vacuum to distribute the
seeds, it has a simple construction and is power drive by
the cardanic shaft from the tractor power connection and
by a single step transmission with a poli V belt, which
enables to reduce wheels dimensions of belt for the same
power.
într-un gabarit de transport de 2,1 m. Exhaustorul care asigură
vacuumul necesar distribuŃiei seminŃelor este realizat într-o
construcŃie simplă şi este acŃionat prin arbore cardanic de
la priza de putere a tractorului şi printr-o transmisie într-o
singură treaptă cu o curea poli V, care permite reducerea
dimensiunilor roŃilor de curea pentru aceeaşi putere.
Fig. 1 - Drill for weeding plants with fertilization S8- CP /
Semănătoarea pentru plante prăşitoare S8+ CP cu fertilizare, în poziŃie de transport
2.2. Functional and technical characteristics / Caracteristici tehnice şi funcŃionale
2.2.1. Caracteristici tehnico – constructive / Technical and constructive characteristics
The characteristic / Caracteristica
Power energy / Sursa energetică
Aggregate type / Tipul agregatului
MU / UM
HP/ CP
-
Seeds distributing machine type / Tipul aparatelor de
distribuŃie a seminŃelor
Power drive of the seeds discs / AcŃionarea discurilor
de semănat
Furrow type for seeds / Tipul brăzdarelor pentru
seminŃe
Ramming wheels type / Tipul roŃilor de tasare
Capacity of a seeds bunker / Capacitatea unui buncăr
de seminŃe
-
Value / Valoare
65
carried / purtat
pneumatic, vertical disc with holes and flexible
scraping device / pneumatic, cu disc vertical cu
orificii şi răzuitor elastic
-
cardanic transmission / cu transmisie cardanică
-
skate / patină
-
with 0 compression tyre and V profile / cu
anvelopă de presiune zero şi profil V
dm
3
25
with curved palettes in rotor sense of rotation
and directional upsetting / cu palete curbate în
sensul de rotaŃie al rotorului şi refulare dirijată
cardanic transmission from the tractor power
connection and transmission by poli V belt at
air exhauster axle / transmisiune cardanică de la
priza de putere a tractorului şi transmisie prin curea
poli V la axul exhaustorului
Air exhauster type / Tipul exhaustorului
-
Air exhauster transmission type / Tipul transmisiei la
exhaustor
-
Rated revolution of the air exhauster rotor / TuraŃia
nominală a rotorului exhaustorului
rot/min
3450
Marking prints type / Tipul marcatoarelor de urmă
-
Markers power drive / AcŃionarea marcatoarelor
The number of fertilizers boxes from the machines /
Numărul de lăzi de îngrăşăminte de pe utilaj
Fertilizers box capacity / Capacitatea lăzii de
îngrăşăminte:
- 2 distributors / cu 2 distribuitoare
- 3 distributors / cu 3 distribuitoare
Number of distributors from the fertilizers box for the
distance between rows / Nr. de distribuitoare din lada
de îngrăşăminte pentru distanŃa între rânduri:
- 700 mm
- 450 mm
-
spherical disc and telescopic arm / cu disc
sferic şi braŃ telescopic
hydraulic mechanism / cu mecanism hidrauluic
pieces/buc
4
Distributors type / Tipul distribuitoarelor
Furrow
type
to
incorporate
fertilizers
dm
/
Tipul
-
3
120
150
2
3
coiling snail and propeller with 4 beginnings to
uniform / melc cu spire şi elice cu 4 începuturi
pentru uniformizare
skate / patină
135
Vol. 28, No.2 /2009
brăzdarelor de încorporat îngrăşăminte
Distance between the furrow/fertilizers tubes / DistanŃa
între brăzdar/tuburile cu îngrăşăminte
Number of furrows / fertilizers tubes / Nr. de
brăzdare/tuburi cu îngrăşăminte
Fertilizers distributors diameter / Diametrul distribuitoarelor de
îngrăşăminte
Coiling step of the fertilizers distributors / Pasul spirei
distribuitorilor de îngăşăminte
Active coilings of the fertilizers distributors / Nr. de spire
active ale distribuitorului de îngrăşăminte
The height of the fertilizers box (charging height, the
machine being in working position) / ÎnălŃimea lăzii de
îngrăşăminte (înălŃimea de încărcare, maşina fiind în
poziŃia de lucru)
Support and entrapment wheels type / Tipul roŃilor de
sprijin şi antrenare
Transporting light / Lumina de transport
Working overall dimensions / Dimensiuni de gabarit în
lucru
- length / lungime
- width / lăŃime
- height / înălŃime
Transporting overall dimension width / LăŃimea de
gabarit în transport
Transporting overall dimension length / Lungimea de
gabarit în transport
Ballast weight mass on the front side of the tractor /
Masa greutăŃilor de lestare pe puntea din faŃă a
tractorului agricol
The mass of a drilling side / Masa unei secŃii de semănat
The mass of the fertilizers equipment / Masa
echipamentului de îngrăşăminte
Total mass / Masa totală
mm
450 – 700 mm
pieces/buc
max 8
mm
90
mm
23
pieces/buc
2
mm
1200
tyres tip / cu pneuri tip 500- 15 T STAS 8258/187
445
mm
mm
1930
5660
1400
mm
2100
mm
6800
kg
260
kg
47
kg
260
kg
1090
2.2.2. Functional characteristics / Caracteristici funcŃionale
The characteristics / Caracteristica
The maximum working width / LăŃimea maximă de lucru
Distance between rows / DistanŃa între rânduri
Drilling depth / Adâncimea de semănat
The depth to incorporate the fertilizers / Adâncimea de
încorporarea a îngrăşămintelor
The rate of the distributed fertilizers / Normele de
îngrăşăminte distribuite
Regulation of the fertilizers flow capacity / Reglarea
debitului de îngrăşăminte
The diameter of the entrapment wheel / Diametrul roŃii de
antrenare
Movement speed / Viteza de deplasare
- în transport / transportation
- work / în lucru
2.3 Machine adjustment
- The regulation of the frame parallelism with the soil
surface in horizontal plane, is made by elongation and
shortening of the laterally tyrant supporting arms of the
tractor hydraulic lifter.
- The regulation of the frame perpendicular with the soil
surface in vertical plane, is made trough the elongation
and shortening of the hydraulic central tyrant lifter.
- The regulation of the air flow (depression), the adequate
opening and closing of the hub from the absorption tube.
- The regulation of the pressing force on the soil is done
by the proper straining of the existing springs from the
malleable parallelogram arm.
- The regulation of the working depth is done through the
modification of the pressing wheel position toward the
furrow heel to each drilling side.
MU / UM
m
mm
cm
cm
Value / Valoarea
5,6
450 – 700
4- 12
2-3 under seedşi 5-10 laterally / 2-3 sub
sămânŃă şi 5-10 lateral
kg/ha
50 – 250
-
in 120 stages with interchangable chain wheels /
în 120 trepte cu roŃi de lanŃ interschimbabile
mm
635
km/h
6-8
15
2.3 Reglajele maşinii
- Reglarea paralelismului cadrului maşinii cu suprafaŃa
solului în plan orizontal se face prin lungirea sau
scurtarea braŃelor de susŃinere a tiranŃilor laterali ai
ridicătorului hidraulic al tractorului;
- Reglarea perpendicularităŃii cadrului pe suprafaŃa
solului în plan vertical se face prin lungirea sau
scurtarea tirantului central al ridicătorului hidraulic;
- Reglarea debitului de aer (depresiunii) se face prin deschiderea sau
închiderea corespunzătoare a manşonului prevăzut pe tubul de absorŃie;
- Reglarea forŃei de apăsare a secŃiei în sol se realizează
prin tensionarea corespunzătoare a arcurilor existente pe
braŃul paralelogramului deformabil;
- Reglarea adâncimii de lucru se face prin modificarea
poziŃiei roŃii de tasare faŃă de călcâiul brăzdarului la
fiecare secŃie în parte;
136
Vol. 28, No.2 /2009
- The regulation of the fertilizers rate by hectare is done
according to the agrotechnics requirements and the type of
used fertilizers, choosing the adequate chain wheels which
are part from the transmission.
- Reglarea normei de îngrăşăminte la hectar se face în
funcŃie de cerinŃele agrotehnice şi de tipul de
îngrăşăminte folosite, prin alegerea corespunzătoare a roŃilor
de lanŃ din cadrul transmisiei.
3. The obtained results according to the trials from
ICMA made in laboratory conditions
3.1 The qualitative working parameters
The results of the medium qualitative parameters, for the
S8- CP drill, obtained at the performed checking, are
written in 1 table.
3. Rezultatele obŃinute în urma încercărilor făcute la
ICMA în condiŃii de laborator
3.1. Indici calitativi de lucru
Rezultatele medii ale indicilor calitativi de lucru,
pentru semănătoarea S8-CP, obŃinute la verificările
efectuate sunt trecute în tabelul 1.
Medium values of the qualitative working parameters / Valori medii ale indicilor calitativi obŃinuŃi în condiŃii de laborator
Table 1
Distances between
Depression /
Distances lesser
Normal distances /
Working speed /
Depresiunea
Repetition /
than 0,5d0 % /
(1,5÷2,5) d0 % /
DistanŃe normale
Viteza de lucru
RepetiŃia
DistanŃe mai mici DistanŃe în intervalul
[mm col. Water]
[km/h]
(0,5÷1,5)d0
mm col. apă
decât 0,5d0
(1,5....2,5) d0 %
R1
96,774
1,241
1,985
95,823
1,229
2,948
R2
8,00
300
R3
96,535
1,238
2,228
R4
94,712
0,721
4,567
97,549
0,245
2,206
R5
R1
96,790
1,241
2,222
R2
96,774
1,229
1,985
6,00
300
95,823
1,238
2,448
R3
96,517
0,721
1,990
R4
R5
97,229
0,245
1,008
R1
93,846
1,241
1,795
R2
94,737
1,229
2,506
4,00
300
R3
96,742
1,238
1,504
R4
96,535
0,721
2,228
R5
97,744
0,245
1,003
3.2. Energetic parameters
They have been determinate the following parameters:
fuel consumption (kg/ha), slippage (%), speed (km/h). (2,
3, 4) tables
3.2. Indici energetici
În cadrul încercărilor energetice s-au determinat
următorii indici: consumul de combustibil (kg/ha),
patinarea (%), viteza (km/h). (tabelele 2, 3, 4).
Table 2
Repetition / RepetiŃia
R1
R2
R3
4
6,40
6,61
6,65
Working speed / Viteza de lucru [km/h]
6
7,69
7,88
7,73
4
3,60
6,9
4,0
Working speed / Viteza de lucru [km/h]
6
5,6
5,1
5,4
IR
3,42
3,40
3,38
Speed stage / Treapta de viteză [km/h]
IIR
5,48
5,45
5,40
8
9,30
9,94
9,35
Table 3
R1
R2
R3
8
9,9
10,2
10,1
Table 4
R1
R2
R3
The power drive revolution of the tractor was set at
540 rot/min, the tractor in aggregate with the drill moving in
all three stages: I, II and III (the fast stage).
The 300 mm coll. water depression was measured
with a tub U manometer, de measurement precision being
+
- 1%.
When the checking of the burden repartition on the
front bridge of the 65 HP tractor in aggregate with the S8-
IIIR
7,5
7,47
7,48
[3 TuraŃia la priza de putere a fost stabilită în jurul valorii de 540
rot/min, tractorul deplasându-se în agregat cu semănătoarea la
cele trei viteze de lucru a I a, a II a, a III a (treapta rapidă).
Depresiunea de 300 mm col. apă a fost măsurată cu
+
un manometru cu tub U, precizia de măsurare a fost de 1 %.
La verificarea repartiŃiei sarcinii pe puntea din faŃă a
tractorului agricol de 65 CP pe roŃi, cu care este în agregat
137
Vol. 28, No.2 /2009
CP drill was performed, it was found that it should be
ballast the front bridge of the tractor with a weight of 260
kg, because the repartition on the front wheels of the
tractor it doesn’t have to be less then 20 % of itself weight.
semănătoarea de S8-CP, s-a constat că se impune
lestarea punŃii din faŃă a tractorului cu o masă de 260 kg,
pentru ca sarcina pe roŃile din faŃă ale tractorului agricol nu
trebuie să fie mai mică de 20% din masa proprie.
Conclusions
By comparing the results obtained during the trials
with the agro biological results, it’s shown that the machine
is proper for the corn and sun flower seeding at distances
between rows of 70 cm and incorporating depths of 5-10 cm.
It ensures 40 000 and 80 000 holes per hectare for
corn and 30.000 – 70 000 for sunflower. Seeding precision
is 92 % for normal distance between holes, for distances of
d0 < 18 cm and 90 % for d0 > 18 cm.
The percentage of broken and damaged seeds is
less than 1 %.
Concluzii
Comparând rezultatele obŃinute la încercări cu rezultatele
agrobiologice, se constată că maşina corespunde semănatului
de porumb şi floarea soarelui la distanŃe între rânduri de
70 cm şi adâncimi de încorporare de 5-10 cm.
Asigură între 40 000 şi 80 000 cuiburi la hectar la
porumb şi între 30 000 şi 50 000 pentru floarea soarelui. Precizia
de semănat este de 92 % distanŃe normale între cuiburi,
pentru distanŃe de d0 < 18 cm şi 90 % pentru d0 > 18 cm.
Procentul de seminŃe sparte sau vătămate este sub 1
%.
Bibliography / Bibliografie
[1]. Buzea,I., Moteanu,F.“Maşini pentru semănat şi plantat”
Ed. Ceres, Bucureşti, 1996
[2]. Şandru, A., Bădescu M, Şandru, L” Reducerea
consumului de energie prin folosirea raŃională a
agregatelor agricole” Ed. Scrisul Românesc, Craiova, 1982
[4]. Mecanizarea Agriculturii, 1986-2007
[3].
Drocaş,I., Ranta,O., Molnar,A., Stănilă,S. -Cercetări
teoretice şi experimentale privind factorii care influenŃează
precizia de semănat porumb utilizând agregatul U – 650 +
SPC – 6” Simpozionul internaŃional “Sisteme de lucrări
minime ale solului”, Universitatea de ŞtiinŃe Agricole şi
Medicină Veterinară, Cluj - -Napoca, 21 - 23 oct., 1999
138
Vol. 28, No.2 /2009
ACTUALITIES AND PERSPECTIVES OF CLEAN ENERGY USING IN AGRICULTURE. CASE STUDY
/
ACTUALITATI ŞI PERSPECTIVE ALE UTILIZARII ENERGIILOR CURATE ÎN AGRICULTURA.
STUDIU DE CAZ
PhD. D.M. Constantinescu, PhD M. Badescu, PhD S. Boruz
- University of Craiova Abstract: The paper is dealing, at the beginning, with the
general issues on the clean energy sources (CES) and
emphasizes their use on farm domain, e.g. the using of
solar energy for irrigation, fruit drying, medicinal and
aromatic plants etc. There are, also, emphasized the latest
news on the exploitation efficiency showing new such
equipments in Romania.
Rezumat: Lucrarea de faŃă s-a născut din necesitatea de a
răspunde la câteva întrebări actuale,al căror conŃinut şi
răspuns il vom prezenta în continuare. Dar ca să nu
reprezinte, numai o înşiruie de speculaŃii tehnice cu
comentariile de rigoare,in final, urmare enunŃării unei teme
de proiectare se tratează un studiu de caz din domeniul
agriculturii.
Key words: clean energy resources, solar energy, solar
radiation, thermal energy, heat pump.
Cuvintele cheie: resurse de energie curată, energie
solară, radiaŃei solară. energie termală, pompe de căldură
General aspects
In order to reduce the actual disproportion between
the energy consumption per capita, taking account of the
population number evolution there would be necessary a
four time increasing of the total energy consumption on the
entire planet till 2020. In the developed countries the
energy consumption per capita will increase by 20% and
this increase will be made using the nuclear energy and by
perfecting the clean energy resources. The complexity of
the problems about the energy production, its transport
and consumption has increased in the last decades along
with the acutisation of environment problems, climatic
changes and the exhousting of the natural resources.
The clean energy resources emphasize the need for
a higher percentage of the clean energy sources within the
global energy structure. The promotion of the clean energy
sources makes an important step for investments in
alternative energy resources. In this context, the
regenerable energy is seen, for the first time as a possible
alternative solution for the coal and oil.
The reasons for using clean energy sources are:
a pollution free environment and no climatic changes
an economic standard determined by the lifespan
costs and exhausting of the fossil fuel
a social standard with new employment places with
the increasing of the buying power when the energy
requirement is increasing
The common features of these clean energy sources
are:
higher initial costs, yet they are calculated in function
of the duration of use
reduced operation costs without being a polluting
factor.
The solar energy is the most available clean energy.
It can be kept in thermic accumulators or it can generate
electricity by using photovoltaic panels. The solar energy
can have different using. This is the case of the
geothermal energy which must not be confused with the
inner energy from the hot kernel of the Earth. The modern
applications of the geothermal energy include heat pumps
for heating and cooling the houses. Such way, there is
need to improve the advanced technologies for solar
energy as well as developing the information, education
and formation structures in order to increase the
consciousness and dissemination of the know-how and
good practices. In actual conditions from Romania there is
considered the heat production by passive or active or
delivering electrical energy by using photovoltaic systems
conversion methods. The analysis between the nature of
Aspecte generale
Pentru a reduce disproporŃia actuală dintre consumurile
de energie pe locuitor, având în vedere şi evoluŃia probabilă
a populaŃiei, ar fi necesară o creştere de patru ori a
consumului total de energie pe întreaga planetă până în
anul 2020. În Ńările dezvoltate, consumul de energie pe cap
de locuitor va creşte cu circa 20%, această creştere urmând
să fie asigurată în cea mai mare parte pe seama energiei
nucleare şi pe perfecŃionarea tehnologiilor de energie curata.
Complexitatea problemelor legate de producerea energiei,
transportul şi consumul energiei a crescut mult în ultimele
decenii, odată cu acutizarea problemelor globale de mediu,
schimbările climatice şi epuizarea resurselor naturale.
Tehnologiile de energie curata evidenŃiază necesitatea ca
sursele de energie regenerabilă să aibă o pondere mai mare în
structura producŃiei de energie. Promovarea energiei produse
din surse de energie regenerabilă face un pas important spre
atragerea interesului pentru investiŃii în surse alternative. În
acest context, energia regenerabilă este privită pentru prima
oară ca o posibilă soluŃie alternativă la combustibilii clasici.
RaŃiunile pentru utilizarea tehnologiilor de energie curata sunt:
- un mediu înconjurător fara poluare şi modificări climatice
- un standard economic determinat de costurile duratei de
viata şi epuizarea combustibilului fosil
- un standard social cu noi locuri de munca,cu creştere a
puterii de cumpărare în condiŃiile unei cereri de energie
crescuta.
Trăsăturile comune ale acestor tehnologii de
producere a energiei curata sunt:
- costuri iniŃiale mai mari, dar deseori acestea sunt
calculate în funcŃie de durata de viata;
- costuri de operare mai reduse, fara să fie un factor poluant.
Energia solara este cea mai disponibilă energie curată.
Aceasta poate fi stocata în acumulatoare termice sub forma de
energie termica sau poate genera electricitate cu ajutorul
panourilor fotovoltaice. Imaginatia omului a ajuns pana acolo
incat a folosit energia solara pentru utilizari din cele mai diverse.
Asa este energia solara transmisa prin radiatie Pamantului şi
inmagazinata în straturile sale de suprafata, denumita în acest
caz şi Energie Geotermala. A nu se confunda totusi aceasta
energie cu cea a miezului fierbinte a Pamantului, transmisa prin
conductie, straturilor superioare ale acestuia. Aplicatiile moderne
ale energiei geotermale includ pompe de caldura geotermale
pentru incalzirea şi racirea locuintelor. Se impune astfel
promovarea tehnologiilor avansate de conversie a energiei solare
precum şi dezvoltarea structurilor de informare,educare şi
formare pentru cresterea constientizarii, diseminarea know-howului şi a bunelor practici.In conditiile concrete din Romania se ia în
considerare energia solara-utilizata la producerea de caldura prin
metode de conversie pasiva sau activa sau la furnizare de
energie electrica prin utilizarea de de sisteme fotovoltaice. Dintr-o
139
Vol. 28, No.2 /2009
the solar and fuel energy there can be noticed that there is
difference of the power flux. For the solar thermic energy
2
this is of 1 kw/m (the density of the solar radiation flux at a
wind speed of 12 m/s). For comparison, the density of the
thermic flux in the pipes of a steam generator is 100
2
kw/m . This is the reason why the classical energetical
installation is designed for high power because the cost of
the production of a energy unit is low but the cost of the
distribution is high. On the contrary, the solar installations
are efficient for low powers. They can be located where the
energy is required which means at the consumer place.
This is the reason why the solar energy sources are ideal
for the rural areas. The experience of the developing
countries show that they are very efficient in these zones
as economical, social and environmental effect because
within the rural areas the consumers are scattered, the
energy requirement is low and the technological processes
are in the same time with the highest solar energy flux for
irrigation, fruit drying, medicinal and aromatic plants.
analiza făcută rezultă că energia termica de natura solara şi cea
provenita din combustibili fosili se deosebesc esenŃial între ele
prin densitatea fluxului de putere. Pentru energia termica solara
2
această mărime este de circa 1 kW/m (densitatea fluxului de
radiaŃie solară, vântului la o viteză de aproximativ 12 m/s). Pentru
comparaŃie: densitatea fluxului termic în conductele unui cazan
2
cu aburi este de 100 kW/m . Din această cauză instalaŃiile
energetice clasice s-au proiectat şi se proiectează de puteri mari,
deoarece în acest caz costul unei unităŃi de putere este mai mic,
dar distribuirea energiei consumatorilor cere cheltuieli mari.
Dimpotrivă, instalaŃiile energetice pe baza de energie solara sunt
eficiente pentru puteri mici. Ele pot fi amplasate în locul unde
energia este necesară, adică la consumator. Din acest punct de
vedere sursele de conversie a energiei solare sunt surse ideale
pentru sectorul rural al economiei naŃionale. ExperienŃa Ńărilor în
curs de dezvoltare a demonstrat, că anume în acest sector ele
au cel mai mare efect: economic, social şi ambiant. în sectorul
rural consumatorii de energie sunt dispersaŃi, cererea de putere
este mică şi adesea procesele tehnologice coincid în timp cu
valorile maximale ale densităŃii fluxului de putere, de exemplu, în
cazul utilizării energiei solare pentru irigare, uscarea fructelor,
plantelor medicinale şi aromatice etc.
The action of the solar radiation
The solar energy has a wide spectrum of
electromagnetic waves. The highest part that reaches the
soil is between 380 (ultraviolet) and 2500 nm (infrared).
The energy that get through the upper atmosphere
2
layers reaches the soil as constant of Iso = 1385 W/m .
At the upper atmospheric layers the radiation
encounter gas molecules, water and solid particles that
conducts to absorption and dispersion processes. The
incident radiation is given by the following relation:
Is=Id+Ii, where:
Id – the direct radiation, the fraction of the incident
radiation that was not absorbed or dispersed
Ii – the indirect radiation which was dispersed.
AcŃiunea radiaŃiei solare
RadiaŃia solară este o energie al cărui spectru ocupă o
bandă largă de unde electromagnetice şi ea ă legile radiaŃiei
corpurilor negre. Cea mai mare parte a energiei spectrului primită
pe sol, aparŃine intervalului 380nm (ultraviolete) *2500nm (infraroşii).
Energia care străbate straturile superioare ale atmosferei şi
2
ajunge pe sol, este constantă şi are valoarea Iso = 1385 W/m .
La intrarea în atmosferă radiaŃia solară întâlneşte molecule
de gaz, apă şi particule solide, ceea ce conduce la apariŃia
proceselor de: absorŃie şi dispersie. RadiaŃia incidentă este dată
de relaŃia: Is = Id + Ii, unde:
Id – radiaŃia directă, fracŃia din radiaŃia incidentă care nu a fost
absoebită sau dispersată;
Ii – radiaŃia indirectă, fracŃia din radiaŃia incidentă dispersată.
The balance of the solar incident radiation
Because the clods consist of water drops whose
main effect is to reflect the light at the soil surface there
reaches radiation whose formula is given by the following
formula Io = Is ( 1- αs), where - αs is the reflexion of the
short waves (albedo) that depends of the solar declination
and the state of the soil surface or water.
BilanŃul de energie solară primit la nivelul solului
Deoarece norii sunt constituiŃi din picături de apă, al căror
efect principal este de reflectare a radiaŃiei, la suprafaŃa solului
sau apelor, intensitatea radiaŃiei este dată de fromula: Io = Is (
1- αs), unde - αs este reflexitatea undelor scurte (albedo), care
depinde de înclinaŃia solară şi de starea suprafeŃei solului sau apei.
The evaluation of the global energy
While permanent functioning, the characteristics of a
collector are obtained by using the following equation of
evaluation of the global energy:
Q u = Qa _ Qp
where:
Qu – the energy transferred to the thermal fluid for transfer
Qa – the absorbed solar energy
Evaluarea energiei globale
În timpul functionarii permanente, caracteristicile unui
colector sunt obtinute cu ajutorul urmatoarei ecuatii de
evaluare a energiei globale.
Q u = Qa _ Qp
unde:
Qu - reprezinta energia transferata fluidului de transfer terminc,
Q a - reprezinta energia solara absorbita,
140
Vol. 28, No.2 /2009
Qp – the corresponding energy to the heat losses
For an estimation of the energy that is absorbed by
the collector there must be made a theoretical distinction
between the direct radiation and the difuze one by
associating adequate transmission and absorption
coefficients. Nevertheless, in practice there is considered
the incident global energy component that is perpendicular
to the collector surface.
Q a = A . τs . αs . G
where:
A – the surface of the collector entrance (square meters)
τs and αs the average values of the transparent
transmission lid and of the absorption panel for the entire
solar spectrum
G – the global admission energy in W/sm (admission area)
measured in the collector plane.
Taking account that a lamellar collector is relatively
thin, the lateral losses are neglected yet the frontal and
back loses are considered. These losses are expressed as
follows:
Q p = QAV + QAR
When all losses are reduced at a unity of the
absorption panel, being a thermic flux from collector to the
exterior can be expressed in relation with the temperature
difference that causes them as follows:
Q AV / A = UAV (Tm-Ta) and QAR / A = UAR (T m-Ta)
or:
Q A / A = U (Tm-Ta)
where: U = U AV + UAR
UAV = the coefficient of thermic loss from the frontal part
(W/mp. K)
U AR = the coefficient of thermic loss from the backward
part (W/mp. K)
T m = the average temperature of the absorption panel
T a = the ambiant average temperature
The thermical equilibrium at a certain moment
between the solar energy received by the collector and,
the available useful energy and the thermic losses make
possible the description of the momentary outturn by using
the following formula:
R= R0 - U (Tm - Ta) / G.
According with the international norms (ISO) and
European ones (CEN), the outturn of an lamellar collector
can be described by three independent temperature
coefficients:
R=R 0 – a1T* - a2 G (T*)
where:
R0 – optical conversion coefficient (%)
A1 – thermic loss by conduction coefficient (W/mpK)
A2 – thermic loss by convection coefficient (W/mpK)
T* = (T m-Ta) / G
Due to the fact that the researchers and producers of
the equipments that use the solar energy are in a high
concurrence, in the last years, there where substantially
diminished the lifespan of the solar equipments. More
improved equipments appear year by year on the market
ranging from the plane panels to the airless tube ones that
use the solar energy. On the other hand there exist solar
thermic installations that are used for heating the
housekeeping water and, eventually, for heating. The second
category regarding the solar energy are the photovoltaic
modules that produce electric current.
The solar installations are often used for the heating
of the housekeeping water. The necessary of the heated
water is constant during the entire year can be combined
with the solar energy offer. During the summer months, the
solar installation can cover the need.
The conventional installation must be kept as reserve
because; even during the summer period there are periods
of bad weather. During the entire year, the solar
installation can provide around 60% of the required energy
Q p - energia corespunzatoare pierderilor de caldura
Pentru o estimare a energiei care a fost absorbita de
colector trebuie facuta o distinctie teoretica între radiatia directa
şi radiatia difuza, asociindu-le coeficienti de transmisie şi de
absorptie adecvati. Totusi în practica se iar în considerare
componenta radiatiei globale incidente care este
perpendiculara pe suprafata colectorului. În acest caz, energia
absorbita este indicata în Watts, în ecuatia urmatoare:
Q a = A . τs . αs . G
unde:
2
- A reprezinta aria suprafetei intrarii colectorlui în m ,
- τs şi αs reprezinta valorile medii ale coeficientului de
transmitere a capacului transparent şi ale coeficientului de
absorptie a panoului absorbant pentru întregul spectru solar,
- G reprezinta energia de admisie globala în W/mp (aria de
admisie), masurata în planul colectorului.
Având în veere ca un colector tip lamelar este relativ
subtire, pierderile din laterale pot fi neglijate în estimarea
aproximativa, doar pierderile frontale şi prin partea din
spate a colectorului fiind luate în considerare. aceste
pierderi sunt exprimate dupa cum urmeaza:
Q p = QAV + QAR
Atunci când sunt reduse la o unitate a suprafetei panoului
absorbant, toate pierderile reprezentând un flux termic
dinspre colector înspre exterior pot fi exprimate în relatia
cu diferenta de temperatura care le cauzeaza, astfel:
Q AV / A = UAV (Tm-Ta) şi QAR / A = UAR (T m-Ta)
sau:
Q A / A = U (Tm-Ta)
unde:
U = U AV + UAR
UAV = Coeficientul de pierdere termica dinspre partea
frontala (W/mp. K)
U AR = Coeficientul de pierdere termica dinspre partea din
spate (W/mp. K)
T m = Temperatura medie a panoului absorbant
T a = Temperatura ambianta medie
Echilibrul termic la un moment dat între energia
solara primita de colector, energia utila disponibila şi
pierderile termice fac posibila descrierea randamentului
instantaneu cu ajutorul ecuatiei urmatoare:
R= R0 - U (Tm - Ta) / G
Conform principiilor acceptate de normele internationale
(ISO) şi europene (CEN), randamentul unui colector tip
lamelar poate fi descris prin trei coeficienti independenti de
temperatura:
R=R 0 – a1T* - a2 G (T*)
unde:
R0: coeficient de conversie optica (%) 
A1: pierdere termica prin coeficientul de conductie (W/m p.K)
A2: pierdere termica prin coeficientul de convectie (W/mp.K)
T* = (T m-Ta) / G
Datorita faptului ca cercetatorii şi producatorii echipamentelor
care utilizeaza energia solara,se afla intr-o apriga concurenta,
în ultimii 10 ani s-au diminuat substantial ciclurile de viata ale
echipamentelor solare. Tot timpul apar pe piata sisteme din
ce în ce mai performante,de la panourile plane la cele cu
tuburi vidate, care utilizeaza energia solara. Pe de o parte
exista instalatiile termice solare, care sunt utilizate pentru
incalzirea apei potabile si, eventual, pentru incalzire. A doua
categorie privind obtinerea energiei solare o reprezinta
modulele fotovoltaice, care produc curent electric. Numarul
producatorilor particulari de instalatii este în continua crestere.
Instalatiile solare sunt utilizate cel mai adesea pentru incalzirea
apei calde de consum. Necesarul de apa calda, aproximativ
constant pe durata intregului an, poate fi bine combinat cu
oferta de energie solara. în lunile de vara, instalatia solara poate
acoperi în mod satisfacator cantitatea de energie necesara.
Instalatia de incalzire conventionala trebuie insa
pastrata ca rezerva, deoarece chiar şi vara exista perioade
cu vreme proasta. De-a lungul unui an, instalatiile solare
livreaza pana la 60% din energie solara necesara pentru
141
Vol. 28, No.2 /2009
for the heated water.
The using of the solar installation for house heating
has a positive effect on environment. When right used, the
solar installation can cover up to 30% of the annual energy
requirement for both water heating and house heating. A
square meter of the collector surface saves 50 l of diesel
fuel per year. This is why the solar energy is the most
impressive form of energy. During 20 minutes, the Sun
shines an equivalent of energy for entire mankind need for
a year. On the Romanian territory, on 1 square meter of
horizontal surface can capture in an year an energy
quantity of 900 to 1450 kwh, of course, depending on the
season. The daily average radiation can be 5 times higher
during the summer over winter. Yet, even during winter, in
2
a sunny day, there can be captured 4-5 Kwh/m /day, the
quantity being dependent of the environment temperature.
The solar energy analysis tells us the following
things:
• the solar energy is free and clean and it can be
transformed into electricity, thermic or mechanical energy.
• the implementing of this system needs lots of
investments.
• the solar installations must be modern, high know how.
• hybrid solar systems, thermal and photovoltaic are the
most efficient because energy delivered in various forms
which can be converted into one another with beneficial
effects on use and storage;
• the using of the insulation materials is desirable.
• the saving of energy conducts to the increasing of the
global efficiency of the system.
Romania can use the European states experience and
use its own researches in order to improve the situation of
solar energy using.
incalzirea apei calde de consum.
Utilizarea instalatiilor solare pentru sustinerea
incalzirii are un efect pozitiv asupra mediului inconjurator.
în cazul unei exploatari corespunzatoare, instalatiile solare
combinate acopera pana la 30% din consumul anual de
energie, necesar prepararii apei calde de consum şi
incalzirii. Un metru patrat de suprafata colectoare
economiseste pana la 50 l motorina pe an.Energia solara
reprezinta deci cea mai impresionanta şi sigura sursa de
energie. Intr-un interval de 20 de minute, soarele
furnizeaza echivalentul consumului energetic anual al
omenirii. Pe teritoriul Romaniei, pe o suprafata orizontala
de 1 m², putem capta anual o cantitate de energie cuprinsa
intre 900 şi 1450 kWh, dependenta bineinteles şi de
anotimp. Radiatia medie zilnica poate să fie de 5 ori mai
intensa vara decat iarna.
Analiza în domeniul energiei solare conduce deci la
urmatoarele constatari:
• energia solara este o sursa gratuita şi nepolunta care
poate fi transformată în energie: termica, electrica, mecanica;
• implementarea energiei solare necesita investitii financiare
mari;
• instalatiile solare trebuie să contina repere de inalta eficienta;
• sistemele solare hibride, termal şi fotovoltaic, sunt cele
mai eficiente deoarece livreaza energia sub diferite forme
care se pot converti una în alta cu efecte benefice asupra
utilizarii şi stocarii;
• utilizarea materialelor cu proprietati izolatoare superioare;
• economisirea energiei conduce la sporirea eficientei
globale a sistemului solar.
Romania poate să preia experienta statelor europene,
sa-si valorifice propriile cercetari şi realizari şi să le
foloseasca în procesul alinierii sale la preocuparile şi
exigentele comunitatii europene.
The thermal energy
The Earth is an important energy source because it has
relatively constant temperatures throughout the year. Such
way, during the winter, the soil is warmer than the air and
during the summer it is cooler than the outside air, again.
This is because the heat from the Sun is transferred into the
soil and reaches several meters during the winter and the
frost of the winter is transferred into the soil and reaches the
same depth during the summer time. This means that it is a
heat pump (a heat machine that takes the heat from a
cooler body and release it to a hotter body, with a certain
energy consumption, nevertheless). This is a good and well
spread principle. This is esthetically and noiseless. Easy to
work and maintain. The maintaining costs are reduced by 34 times, efficient and comfort. It is, also, autoregenerable, do
not use CO2 or CO, do not produce ash or smoke, it has no
flame or explosives and, finally, it is a sure climatisation
(cool or heat) or housekeeping water production.
A classification criterion is the nature of the heat
sources that are involved. So, the source of the heat can
be:
gas: the atmospheric air, the heated air from a
technological process (attention to the limits in order to
avoid accidents)
liquid: the water from the environment (rivers, streams,
lakes, watertable); heated water from technological
processes (cooling water); sewer water.
the solar energy: the water which was heated by sun (at
the environment temperature such way the losses to be
lowered).
the Earth as thermic gradient with protection elements
(soil dilatation during frosting)
Among the main domains where the heating pumps
can be used from agriculture and the food industry are:
cooling and heating of different technological fluxes;
steam production
Energia geotermala
Tehnologie simpla, nu “Tehnologie Spatiala”, care doar
transfera energie, nu o produce. Pamantul este o
importanta sursa de energie.Temperaturi constante pe tot
parcursul anului. Mai cald decat aerul în timpul iernii şi mai
rece decat aerul în timpul verii. Permanent reinoita de
energia acumulata de la Soare .Pompa de caldura este o
masina termica ce preia o cantitate de caldura de la o
sursa de temperatura scazuta şi cedeaza o cantitate de
caldura unei alte surse de temperatura mai
ridicata,consumand pentru aceasta o anumita cantitate de
energie. Energia consumata poate fi de natura diversa:
mecanica, electrica, termica, solara, etc.Pompele de
caldura functioneaza deci pe baza a doua surse de
caldura şi pe baza energiei mecanice furnizate.Ele primesc
caldura gratuit de la sursa rece şi o cedeaza la
temperatura ridicata sursei calde,potentialul termic al
caldurii fiind ridicat pe seama energiei mecanice primite.
Un criteriu de clasificare a pompelor de căldură îl constituie
natura surselor de căldură între care lucrează pompa de căldură
considerată. Izvorul de căldură al unei pompe de căldură poate fi:
- gaz: aerul atmosferic, aerul cald dintr-un proces tehnologic
(trebuie acordata o atenŃie deosebită limitelor de temperatură şi naturii
agentului termic din procesul pentru care este nevoie de încălzire);
- lichid: apa din mediul înconjurător (din râuri, lacuri, apa
subterană); apa caldă din procese tehnologice (apa de
răcire); apa caldă menajeră;
- energia solară: apa caldă încălzită solar (încălzită la
temperatura mediului, astfel încât pierderile de căldură să
fie mici);
- pământul ca gradient geotermic, cu elemente de protecŃie
(dilatarea pământului prin îngheŃ).
Principalele domenii în care se utilizeaza pompele de
caldura în industrie sunt:
incalzirea şi racirea diverselor fluxuri din procesele tehnologice;
producerea de abur;
142
Vol. 28, No.2 /2009
-
drying
evaporation
distillation of several solutions
concentration of solutions, or custom from: sugar
refining, production of cheese, corn syrup production,
laccate products, fish products, food (in kind.);
distillation of spirits, beer, meat products, potato
processing, poultry processing processing vegetables,
aquaculture and piscicoltura, dry biomass;
Along with these purposes it can be used to heat the
buildings and the heating of the housekeeping water.
The financial efficiency of a heating pump depends
on several parameters as:
the performance coefficient of the heating pump;
the functioning time
investments
fuel cost
other costs
These costs can be grouped as follows:
using costs as energy and fuel.
Investment costs.
Maintenance costs
Other costs as insurance and others
-
uscarea / dezumidificarea;
evaporarea;
distilarea unor solutii;
concentrarea unor solutii, sau particularizat la: rafinarea
zaharului, productia branzeturilor, productia siropului de
porumb, produse laccate, produse din peste, industria
alimentara (in gen.), distilarea spirtoaselor, fabricarea berii,
produse din carne, prelucrarea cartofilor, prelucrarea pasarilor,
prelucrarea legumelor, acvacultura şi piscicultura, uscarea biomasei;
- alături de aceste scopuri poate fi folosit pentru
încălzirea clădirilor şi de încălzire a apei menajere.
Rentabilitatea unei pompe de caldura depinde de
diversi parametri, cum ar fi:
coeficientul de performanta al pompei de caldura;
numarul de ore de functionare din timpul unui an;
cheltuielile de investitie;
costul combustibilului;
alte cheltuieli suplimentare.
Aceste cheltuieli pot fi grupate în patru mari categorii, şi anume:
Cheltuieli legate de utilizare;
Cheltuielile legate de investitie;
Cheltuielile legate de intretinere.
Alte cheltuieli.
Technico-economical calculus on the implementing of the
heat pumps for agricultural use
The integration of a heat pump in a technological
system that already exists implies the introduction of a
series of supplementary heat exchange in the heat
exchange net in order to distribute the heat from the
source toward the heat pump and from the pump toward
the thermic well. The number of the supplementary heat
exchangers highly depends on the scheme of the
technological installation and the size of the heat pump.
The estimation of the number of the supplementary
exchangers depends on:
the number of the fluid fluxes that are upon the heat
source and the size of the heat pump (in function of
the heat minimum requirement);
the number of the fluid fluxes that are under the heat
source and the cooling minimum necessary.
The annual profit is the difference between the
annual savings and annual costs.
PA=SA-CA
Where PA is the annual profit, the SA – annual
savings and CA – annual costs
The annual savings are the difference between the
energy costs before and after the installation of the heat
pump.
EA = t * (ΦPC* Preplaced - Φact * Paction - Φsource * Psource) ΦPC* Pmaintenance Φ pc – the power of the installed heat pump
Φact – the power for functioning of the heat pump (of
electrical or thermical nature, in function of the type of the
heat pump)
Φsource – the power that is absorbed by the heat pump from
the source (for heat transformers or heat pump with II type
absorption pump: the cooling power)
P replaced – the cost of the replaced energy by installing the
heat pump
P action – the cost of the action energy
P source – the cost of the energy from the energy source (for
the heat transformers or heat pump with type II absorption:
the cost of the cooling energy)
P maintenance – the annual costs for maintaining per kw given
by the heat pump
t– the annual time of functioning
The annual factor of capital recovery – as a –
depends on the interest rate and the lifespan of the heat
pump. By multiplying the investment costs by the annual
recovery factor there is obtained the value of the annual
Calculul tehnico-economic referitor la implementarea
pompelor de caldura
Integrarea unei pompe de caldura intr-un sistem deja
existent implica introducerea unui numar de schimbatoare
de caldura suplimentare în reteaua de schimbatoare de
caldura, cu scopul distribuirii caldurii de la sursa de caldura
catre pompa de caldura şi de la pompa de caldura catre
putul termic. Numarul de schimbatoare de caldura
suplimentare depinde foarte mult de schema instalatiei
industriale şi de marimea pompei de caldura. Estimarea
acestui numar de schimbatoare de caldura suplimentare
depinde de:
•
numarul de fluxuri de fluide aflate deasupra
temperaturii sursei de caldura şi de marimea pompei
de caldura (in functie de necesarul minim de caldura);
•
numarul de fluxuri de fluide aflate sub temperatura
sursei de caldura şi de necesarul minim de racire.
Profitul anual reprezinta diferenta dintre economiile
anuale şi cheltuielile anuale.
PA = EA - CA
Unde PA este profitul anual, EA - Economiile anuale şi
CA - Cheltuielile anuale
Economiile anuale reprezinta diferenta dintre
cheltuielile pentru energie inainte şi dupa instalarea
pompei de caldura.
EA = t * (ΦPC*Pinlocuit - Φactionare*Pactionare - Φsursa*Psursa) ΦPC*Pintretinere, ΦPC - Puterea pompei de caldura instalate
Φactionare Puterea necesara actionarii pompei de caldura
(de natura electrica sau termica, în functie de tipul pompei
de caldura)
Φsursa
Puterea absorbita de catre pompa de caldura de la
sursa de caldura (pentru transformatoare de caldura-sau
pompe de caldura cu absorbtie de tipul II: puterea pentru racire)
Pinlocuit Costul energiei inlocuite prin montarea pompei de
caldura
Pactionare Costul energiei de actionare
Psursa
Costul energiei provenite de la sursa de energie
(pentru transformatoare de caldura-sau pompe de caldura
cu absorbtie de tipul II: costul energiei pentru racire)
Pintretinere Cheltuielile anuale pentru intretinere per kW
furnizat de pompe de caldura
t -Timpul total anual de functionare
Factorul anual de recuperare a capitalului - notat cu a
- depinde de rata dobanzilor şi de durata de viata a pompei
de caldura. Prin multiplicarea cheltuielilor de investitie cu
factorul anual de recuperare a capitalului se obtine
143
Vol. 28, No.2 /2009
costs.
a – the annual factor of investments recovery
I – total investment costs
CA = a x I
The total investments costs are the sum of the costs
for the heat pump itself and the associated costs. The
duration of the investment recovery is the ratio between
the total expenses and the annual savings.
TRI is the duration of investment recovery.
TRI = I/SA
valoarea cheltuielilor anuale.
a Factorul anual de recuperare a cheltuielilor
I Cheltuielile totale de investitie
CA = a*I
Cheltuielile totale de investitie reprezinta suma dintre cheltuielile
pentru pompa de caldura propriu-zisa şi cheltuielile asociate
legate de aceasta. Durata de recuperare a investitiei reprezinta
raportul dintre cheltuielile totale de investitie şi economiile anuale.
TRI
Durata de recuperare a investitiei
TRI = I / EA
Case study
The accomplishing of a heating system for a vegetable
greenhouse such way the production cost to be minimum and
the investment mortgage to be made in maximum 5 years.
The heating system is based on a heating pump or
more, the working fluid will be water that will be heated
within a boiler.
This will circulate within the greenhouse through
pipes between the crop keeping a continous flux through
the pipes, in order to stabilize the same temperature inside
the glasshouse.
The first part of the study has consisted of a
mathematical model that will allow us to choose the most
appropriate heat source and the reserve source.
The result was:
1. A mixt system composed of the heat pump soilwater whose primary circuit to be underground of
the building and solar panels.
2. the reserve source is the electrical heating
3. the additional production source to the vegetable
one is photovoltaic panels.
STUDIU de CAZ
Realizarea unui sistem de incalzire a unei sere de
legume,astfel incat pretul de productie să fie cat mai mic şi
amortizarea investitiei să se realizeze în maximum 5 ani.
Sistemul de incalzire se bazeaza pe o sursa de
caldura ,sau mai multe ,fluidul de lucru va fi apa, care va fi
incalzita în interiorul unui boiler.
Aceasta apa va circula în interiorul serei, prin tevi de
fier instalate tip sina intre liniile de cultura, mentinand un
flux continuu prin tevi, omogenizand astfel distibuirea
caldurii pe toata suprafata serei.
Prima parte a STUDIULUI a constat în realizarea unui
model matematic care să ne permita să alegem cea mai
buna sursa şi varianta de sursa de rezerva.
Rezultatul a fost:
1. Un sistem mixt compus din pompa de caldura solapa,al carei circuit primar este amplasat în subsolul
suprafetetei serei, şi panouri solare termice.
2. Sursa de rezerva o reprezinta incalzirea electrica
3. Sursa de productie aditionala celei de legume,
reprezentata de panouri fotovoltaice.
144
Vol. 28, No.2 /2009
Conclusions
For the biological systems that are used in
agriculture and the food industry as: greenhouses,
warehouses, installation for stocking and conservation
of fruits and vegetables, field crops conditioning, animal
processing and food processing, among the clean
energy sources, the most important are: the solar and
the geothermal energy that confer the highest degree of
environmental friendship, in place production and a inter
completion that ensure maximal output.
The increasing of the efficiency of these systems
will reduce the initial costs of investments and can
spread out in other domains of the modern agriculture.
[1]. Robert Gavriliuc,POMPE de CALDURA-De la
TEORIE la PRACTICA,2005;
Concluzii
Pentru a sistemelor biologice, care sunt utilizate
în agricultură şi industria alimentară ca: sere,
depozite, instalatii pentru depozitarea şi conservarea
fructelor şi legumelor, domeniul culturi condiŃionat, de
prelucrare a animalelor şi de prelucrare a produselor
alimentare, printre curate surse de energie, cele mai
importante sunt: solare şi a energiei geotermale, care
conferă cel mai înalt grad de protecŃie a mediului de
prietenie, în locul de producŃie şi un inter finalizarea
asigura că maxima de iesire.
Din ce în ce mai eficienta a acestor sisteme va
reduce costurile iniŃiale de investiŃii, şi se poate
răspândi în alte domenii ale agriculturii moderne.
[2]. D.Ristoiu, Energii alternative, 2006.
145
Vol. 28, No.2 /2009
INCREASING EFFICINCY IN AIR TRANSPORTS USING AIRCRAFTS
WITH ADAPTIVE WINGS
/
CREŞTEREA EFICIENłEI TRANSPORTULUI AERIAN UTILIZÂND
AVIOANE CU ARIPI ADAPTIVE
Eng. PhD student Andreea BORITU – Politehnica University Bucureşti (România)
Eng. PhD student Andrei BENCZE – Transilvania University Braşov (România)
ABSTRACT: This paper is presenting a new concept of a
transport aircraft, with a possible application in aerial crops
spraying. This concept is represented by the adaptive wing.
This structure can modify automatically its shape in order to
make possible the continuous adaptation at the flight conditions
and at local atmospheric parameters. Fallowing are analyzed the
variable geometry aircrafts constructed in the past and the
proposed models of adaptive wings that are currently
analyzed worldwide. Based on the previous presented data,
conclusions are drawn regarding advantages and
disadvantages of using aircrafts with adaptive wings.
REZUMAT: Lucrarea prezintă un nou concept de avion
folosit în transport, dar şi cu o posibilă aplicaŃie în
stropirea aeriană a câmpurilor. Acest concept este
reprezentat de aripa adaptivă, aripă ce işi modifică
automat forma pentru a se apapta continuu la condiŃiile de
zbor şi la parametrii locali ai atmosferei. Sunt analizate
avioanele cu geometrie variabilă construite până în
prezent şi modelele de aripă adaptivă aflate în prezent în
cercetare la nivel mondial. Pe baza datelor prezentate se
trag concluzii privind avantajele şi dezavantajele ce
decurg din utilizarea avioanelor cu aripi adaptive.
Keywords: aircraft, wing, structure, adaptive wing,
morphing
Cuvinte cheie: aeronavă, aripă, structură, aripă adaptivă,
morfozare
1. Introduction
It can be said that aviation began with the glided
flight done by the Wright brothers Flyer 1 airplane in 1903.
The plane without fuselage was a biplane with textile
fabric wings on a wooden frame. The command surfaces
were represented by the elastic deformation of the wing tips.
With the increasing weight and performance of
airplanes, technology has leaped to the rigid wing, with
ailerons and hyper-sustentation devices. For most planes,
the part with the largest size and weight is the wing (1015% of the aircraft’s maximum takeoff weight). The wing
is used to obtain the necessary lift force.
The development of aviation led to a multitude of
wing shapes, because of the justified trend for improving
the aerodynamic qualities of the aircraft. The increasing
flight speeds leads to substantial changes in the sizing,
design and configuration of the wing.
1. Introducere
Se poate spune că aviaŃia a început odată cu zborul
planat realizat de fraŃii Wright cu avionul Flyer 1 în 1901.
Avionul lor fără fuselaj era un biplan cu aripile din pânză
întinsă pe un schelet din lemn. SuprafeŃele de comandă
erau reprezentate de bracarea elastică a capetelor aripilor.
Odată cu creşterea performanŃelor şi greutăŃii avioanelor
s-a trecut la aripa rigidă, cu eleroane şi dispozitive de
hipersustentaŃie. Aripa constituie, pentru majoritatea avioanelor,
subansamblul cu dimensiunile şi greutatea cea mai mare
(10-15% din greutatea avionului în linie de zbor). Ea este
folosită pentru obŃinerea forŃei portante necesară zborului.
Dezvoltarea aviaŃiei a condus la o multitudine de forme
pentru aripă, datorită tendinŃei justificate de îmbunătăŃire a
calităŃilor aerodinamice ale avioanelor şi creşterii vitezelor
de zbor care au impus modificări substanŃiale, atât în ce
priveşte dimensiunile aripii, cât şi configuraŃia ei.
2. Wing shapes and parameters
The form of the wing in a two-dimensional top view has a
great importance on the flight characteristics of an aircraft.
Depending on the constructive technological capabilities and
the aerodynamic properties, one can encounter trapezoidal
and rectangular wings, elliptical and rounded head wings,
delta (triangular) wings and delta gothic wings, and arrowshaped wings. Each of these types has its own aerodynamic
characteristics and is optimized for a certain type of mission.
The best aerodynamic qualities can be found at the elliptical
wings [1]. For high subsonic speeds are used arrow-shaped
wings, and delta wings are used at supersonic speeds.
A constructive parameter of the wing is the aspect ratio, which
represents the ratio between the length and the width of the wing.
Another parameter of the wing is the lifting area,
which is defined as the product of span and chord (for
rectangular wings) or CMA (Average Aerodynamic Chord
for other types of wings). Both the lift force and the drag
force are increasing with the lifting area.
Depending on design requests, the wing may be
mounted on the fuselage in a low, high or median
position. Another case is the biplane which has two wings.
The location of the wing on the fuselage has an important
relevance for the stability of the airplane. The wings
2. Forma aripii. Parametrii
Forma aripii în plan are o importanŃă mare asupra
caracteristicilor de zbor ale unei aeronave. FuncŃie de
posibilităŃile constructive şi tehnologice, cât şi de proprietăŃile
aerodinamice, se pot întâlni aripi dreptunghiulare şi
trapezoidale, aripi eliptice sau cu capete rotunjite, aripi
delta (triunghiulare), cât şi varianta delta gotic, şi aripi în
săgeată. Fiecare din aceste tipuri are caracteristicile sale
aerodinamice pretându-se unui anumit tip de misiune.
Cele mai bune calităŃi aerodinamice le are aripa eliptică
[1]. Pentru viteze mari subsonice se utilizează aripi în
săgeată, iar la viteze supersonice se folosesc aripi delta.
Un parametru constructiv al aripii este alungirea,
care reprezintă raportul dintre lungimea şi lăŃimea aripilor.
Un alt parametru al aripii este suprafaŃa portantă, care
se defineşte ca fiind produsul dintre anvergură şi coardă (la
aripile dreptunghiulare) sau CMA (coarda medie aerodinamică
la alte tipuri de aripă). Cu cât suprafaŃa este mai mare cu atât
portanŃa este mai mare, dar şi rezistenŃa la înaintare creşte.
FuncŃie de posibilităŃile constructive aripa poate fi
dispusă pe fuselaj jos, median sau sus. Se mai întâlneşte
cazul de avion biplan care are două planuri. PoziŃionarea
aripii pe fuselaj are o relevanŃă importantă pentru
stabilitatea avionului. Aripa dispusă jos mareşte
146
Vol. 28, No.2 /2009
mounted on a low position are increasing the interference with the
ground at landing and takeoff and are decreasing the
stability because the center of gravity is above the wing.
Mounting the wing at a higher position minimizes the
influence of the ground and increases the stability of the plane.
The dihedral angle is the angle formed by the
wing’s axis of the aerodynamic centers and the axis of
gyration as can be seen in fig. 1 (left side). It may be
positive if the wing tip is higher than the fixed side or
negative if the wing tip is pointing down. The necessity of
this angle may arise from aerodynamic, stability and
technology reasons. Negative dihedral angles decrease
the plane’s stability (useful for acrobatics and fighters) and
the air circulation at the end of the wing (lower induced
drag). The positive dihedral angle increases lateral
stability (useful for transport and school aircraft).
interferenŃa cu solul la aterizare şi decolare şi micşorează
stabilitatea aparatului datorită faptului că centrul de
greutate este deasupra aripii. Aripa poziŃionată sus
minimizează influenŃa solului la decolare şi aterizare şi
mareşte stabilitatea aparatului
Unghiul diedru este unghiul format de axa centrelor
aerodinamice a aripii şi axa de giraŃie după cum se poate
observa în fig. 1 (partea stângă). El poate fi pozitiv dacă
vârfurile aripilor sunt mai sus decât încastrarea, sau
negativ dacă vârfurile aripilor sunt îndreptate în jos. Poate
apărea din considerente aerodinamice, de stabilitate şi
tehnologice. Unghiul diedru negativ creşte instabilitatea
avionului (util la avioanele de acrobaŃie sau de luptă) şi
scade circulaŃia de la capătul aripii (scade rezistenŃa
indusă). Unghiul diedru pozitiv creşte stabilitatea laterală
(util la avioane de transport, de şcoală).
Fig. 1 – Dihedral angle and arrow angle / Unghiul diedru şi unghiul de săgeată
The arrow angle is the angle between the axis of
the aerodynamic centers (at 25% of the chord starting
from the leading edge) and the longitudinal axis of the
plane as can be noted in fig. 1 (right side). If the arrow
angle is null or very low, the wing is called a rectangular wing;
otherwise it is called an arrow-shaped wing. The positive
arrow angle increases the stability and decreases controllability
while the opposite is the case for the negative arrow.
Unghiul de sageată este unghiul dintre axa
centrelor aerodinamice (la 25 % din coardă faŃă de bordul
de atac) şi axa de tangaj a avionului, după cum se poate
observa în fig. 1 (partea dreapta). Dacă unghiul de
săgeată este nul sau foarte mic atunci se spune că aripa
este dreaptă, altfel se spune că este o aripa în săgeată.
Săgeata
pozitivă
creşte
stabilitatea
şi
scade
manevrabilitatea iar la săgeata negativă este invers.
3. Internal structure of the wing
After the exterior shapes of the wings have been presented,
the following paragraphs are used to present the interior
structure of the classical wing. This structure results from
the required conditions that arise from its role in the plane:
-aerodynamic
conditions
(better
aerodynamic
performance);
-stress related conditions (resistance and structural rigidity
at minimum weight);
-technological conditions (service and manufacturing);
constructive solutions should be adopted in order to allow
easy fabrication, operation and maintenance processes.
Many large forces (lift, drag, traction, weight) that
submit the wing to bending, tension and torsion act on the
wing in flight and on ground. Besides the primary structure
in the wing, there are mounted commands, electrical
circuits and fuel tanks.
On the wing there are also mounted devices such as
the aileron, flaps, aerodynamic air brakes, winglets,
engines supports, additional fuel tanks, or weapons, most
of them necessary to control the aircraft. The internal
structure of the wing has to be able to sustain all the
forces and loadings of the components listed above.
The components of the classical wing structure and
their role are presented below.
The longeron is the main element of resistance in a
wing. It represents a particular beam profile, which is
attached to ribs. Usually, a longeron is composed of a
web and flanges attached through angles and brackets,
as it is presented in fig. 2 (left side).
The ribs are the secondary element of the resistance in
the wing. They take the shape of the aerodynamic profile (fig.
3. Structura internă a aripii
După ce au fost prezentate formele aripilor la exterior,
urmează o prezentare a structurii interioare a aripii clasice.
Această structură rezultă din condiŃiile ce se impun aripii
şi care decurg din rolul ei în avion:
-condiŃii aerodinamice (performanŃe aerodinamice cât mai
bune);
-condiŃii de rezistenŃă (rezistenŃă şi rigiditate la greutate
structurală minimă);
-condiŃii tehnologice (de fabricaŃie şi exploatare); soluŃiile
constructive trebuie astfel adoptate încat să permită o
fabricaŃie, exploatare şi reparaŃie uşoară.
Pe aripă acŃionează atât în zbor cât şi pe sol forŃe
destul de mari (portanŃa, rezistenŃa, tracŃiunea, greutatea)
care o solicită la încovoiere, torsiune. Pe lânga elementele
de rezistentă, în aripă mai sunt comenzi, circuite electrice şi de
combustibili, rezervoare şi chiar cale pentru bagaje.
Pe aripă mai sunt montate dispozitive necesare controlului avionului
cum ar fi: eleroane, flapsuri, dispozitive de hipersustentaŃie,
frâne aerodinamice, wingleturi, montanŃi de care se prind
motoare, rezervoare suplimentare, armament, etc. Structura
internă a aripii trebuie să poată prelua toate forŃele şi
încărcările introduse de componentele enumerate mai sus.
Componentele structurii clasice de aripă şi rolul lor
sunt prezentate in continuare.
Lonjeronul este principalul element de rezistenŃa
într-o aripă. El reprezintă o grindă cu profil special, pe
care se prind nervurile. Majoritatea lonjeroanelor sunt
formate din inimă şi tălpi, prinse prin corniere, aşa cum
este prezentat în fig. 2 (partea stângă).
Nervura este cel de-al doilea element de
rezistenŃă al aripii. Are forma profilului (fig. 2 partea
147
Vol. 28, No.2 /2009
2 right side) and are fixed with angles on the longeron. The
ribs have usually weight reduction holes and technological
holes to allow the passage of commands and cables and
they transmit the aerodynamic efforts taken from the skin
and the stringers to the longeron.
The stringers are elements of resistance made of thin
profiles which transmit the aerodynamic efforts to the skin
and ribs.
dreapta) şi se fixează pe lonjeron prin corniere. Nervurile
au de obicei găuri de uşurare şi găuri tehnologice pentru a
permite trecerea comenzilor, a cablurilor şi transmit
eforturile preluate de la înveliş şi de la lise, spre
lonjeroane.
Lisele sunt elemente de rezistenŃă care transmit eforturile
aerodinamice de la înveliş spre nervuri. Ele se prezintă
sub formă de profile subŃiri (I, T, L, Y, omega, C, U, etc.).
Fig. 2 - Classical longeron and rib / Lonjeron şi nervură clasice
The increasing cruise speed leads to the increase of
landing speed. The solution of this problem is the
adoption of high complexity systems called flaps,
mounted at the trailing edge of the wing. Different
construction types are presented in fig. 3 (left side).
The aileron represents the most widespread means of
command of the rolling movement. By construction these
are airfoil surfaces, hinged at the trailing edge of the wing.
Different construction types for ailerons are presented in
fig. 3 (right side).
Creşterea vitezei de croazieră duce la mărirea vitezei
de aterizare. Rezolvarea acestei probleme se realizează
prin adoptarea unor sisteme cu complexitate ridicată numite
flapsuri, instalate la bordul de fugă al aripii. Diferite tipuri
constructive de flapsuri sunt prezentate în fig. 3 (partea stângă).
Eleroanele reprezintă cel mai răspândit mijloc de
comandă al mişcării de ruliu. Constructiv, sunt suprafeŃe
profilate aerodinamic, articulate la bordul de fugă al aripii.
Diferite tipuri constructive de eleroane sunt prezentate în
fig. 3 (partea dreaptă).
Fig. 3 - Flaps and aileron / Flaps şi eleron
4. Variable geometry aircrafts
Today, besides the classical wing (with ailerons and
flaps), there are new proposals for the internal structure of
the wing that would allow geometrical modifications during
flight [2].
There are a few airplanes with variable arrow angle.
Most of them are out of use. The Bell X-5 was the first
plane able to alter the wing’s arrow angle in flight to three
different positions: 20°, 40° and 60° as it can bee seen in
fig. 4.
4. Avioane cu geometrie variabilă
În prezent, pe lângă aripa clasică (cu eleroan şi flaps),
apar noi propuneri pentru structura internă a aripii,
structură ce ar permite modificarea geometrică a acesteia
în timpul utilizării [2].
Au fost realizate puŃine modele de avioane cu săgeată
variabilă şi în prezent cele mai multe sunt scoase din
exploatare. Bell X-5 a fost primul avion capabil să îşi
modifice săgeata aripii în zbor pe trei poziŃii 20°, 40°, si
60°, dup ă cum se poate observa şi din fig. 4.
148
Vol. 28, No.2 /2009
Fig. 4 - X-5 – 1’st variable arrow angle aircraft / X-5 – Primul avion cu săgeată variabilă
The tilted wing is a concept of a variable wing where
the whole wing spins on a central pivot, so that a wing tip
is oriented towards the front and the other tip is oriented
at the rear. Drag at high speeds may be reduced in this
manner.
The telescopic wing is a concept that allows
increased cruising speed by reducing the surface; it
allows a short takeoff and landing by extending the wing
surface.
The wing with lateral fluid jets is a concept for
increasing lift, by increasing the virtual span, a concept
applicable to small and very small wings.
Aripa oblică este un concept de aripă cu săgeată
variabilă, se roteaşte pe un singur pivot central, astfel
încât un vârf de aripă se orientează spre faŃă, iar celălalt
spre spate; rezistenŃa la înaintare poate fi redusă în acest
fel la viteze mari.
Aripa telescopică este un concept care permite
creşterea vitezei de croazieră prin micşorarea suprafeŃei
şi permite o decolare şi o aterizare scurtă prin mărirea
anvergurii.
Aripa cu jeturi fluide laterale este un concept de
creştere a sustentaŃiei, prin mărirea virtuală a anvergurii
(aripi de alungire mică).
5. Adaptive and morphing aircrafts
The flexible wing is currently studied by the U.S.
military, NASA, research organizations, American and
European universities [2].
Other research tries to modify the wing in flight. A
general term used for these types of wing is the adaptive
or morphing wing.
The F-111/MAW (Mission Adaptive Wing) was the first
attempt of achieving wings with variable continuous
pitching. The project goal was to improve performance by
adapting the aircraft wing shape profile for each phase of
the mission, as it is presented in fig. 5 (left side).
The F18/A-AAW (Active Aero-elastic Wing) is a
concept that uses aerodynamics, active commands and
the structure of aircrafts to maximize performance.
The AAW (realized in a partnership with Boeing and
NASA) aims to use the lighter and more flexible wings to
improve future aircrafts maneuverability. The wing was
modified by the installation of split leading edge devices
and light weight skin, allowing 5° torsion (fig. 5 right side).
5. Avioane cu aripă adaptivă
Revenirea la aripa flexibilă, adaptivă, este un concept
studiat în prezent de armata americană, NASA, organizaŃii
de cercetare, universităŃi americane şi europene [2].
Alte cercetări încearcă modificarea aripii în zbor. Un
termen general folosit pentru aceste tipuri de aripă este
cel de aripă adaptivă sau morphing.
F-111/MAW (Mission Adaptive Wing) a fost prima încercare
de realizare a unei aripi cu cabrare variabilă continuă. Proiectul
avea drept obiectiv îmbunătăŃirea performanŃelor avionului prin
adaptarea formei profilului aripii pentru fiecare fază a misiunilor
realizate, aşa cum este schematizat în fig. 5 (partea stângă).
F18/A-AAW (Active Aeroelastic Wing) este un concept
care integrează aerodinamica, comenzile active şi structura
vehiculelor aeriene, pentru maximizarea performanŃelor.
Programul AAW realizat în parteneriatul AFLR, Boeing şi NASA
are ca obiectiv utilizarea unei aripi mai uşoare şi mai flexibile
pentru îmbunătăŃirea manevrabilităŃii avioanelor viitorului. Aripa a
fost modificată prin instalarea unor dispozitive de bord de atac
divizate şi a învelişurilor mai subŃiri, pe extradosul aripii, care să
permită acesteia să se torsioneze cu 5 grade (fig. 5 partea dreaptă).
Fig. 5 - MAW and AAW concepts / Conceptele MAW şi AAW
The morphing aircraft developed by DARPA (The
Defense Advanced Research Project Agency) aims to
give to military aircrafts the ability to achieve in a single
flight completely different missions, using a wing that can
change its area with over 150%.
The NextGen Aeronautics aircraft can modify its arrow
angle and chord length using for the skin a flexible
material that takes its shape according to the wing and
provides protection even at high speeds. Attempts made
at a speed of 200 km/hr showed that the plane can
change the wing area by 40%, the wing span by 30%, the
arrow from 15 to 35 degrees.
Lockheed Martin is trying to design a UAV (Unmanned
Aerial Vehicle) with folding wing, which changes its shape
and position from a fully extended position to an attack
position in 39 seconds. The aircraft uses silicon skin
reinforced with metal that allows a 150% elongation in the
hinge area and has small flaps below the wing, triggered by
an actuator that bypasses the air current in the hinge area.
În prezent, programul de aeronave morphing, dezvoltat de
DARPA (The Defence Advanced Research Project Agency), îşi
propune să confere avioanelor militare abilitatea de a realiza,
într-un singur zbor, misiuni complet diferite, prin utilizarea unei
aripi care să-şi modifice suprafaŃa cu peste 150%.
Avionul NextGen Aeronautics îsi schimbă săgeata şi
lungimea corzii, folosind pentru înveliş un material flexibil
care se deformează după cum se modifică scheletul aripii
şi asigură astfel protecŃia acestuia chiar la viteze mari.
Încercările făcute la o viteză de aproximativ 200 km/ora au
arătat că avionul poate să-şi modifice suprafaŃa aripii cu
40%, anvergura cu 30%, şi săgeata de la 15 la 35 de grade.
Avionul Lockheed Martin, priveşte realizarea unui UAV
cu aripă pliantă, care-şi schimbă forma din poziŃie
complet extinsă în poziŃie de atac în 10-39 secunde.
Avionul foloseşte înveliş de silicon ranforsat cu metal care
permite elongaŃia de 150% în zona şarnierei şi un mic
flaps pe intradosul bordului de atac, acŃionat de un
actuator care deviază curentul de aer.
6. Smart materials
The world's scientists agree on the idea that
improvement cannot be achieved using classic materials
6. Materiale inteligente
În lumea ştiinŃifică, există în prezent certitudinea că
îmbunătăŃirea performanŃelor nu se poate realiza utilizând
149
Vol. 28, No.2 /2009
and actuators. Therefore, the effort of designing and
building morphing aircrafts is based on intelligent
materials [3] with shape memory as well as distributed
actuators, particularly through the use of piezoelectric
actuators as it can be seen from the fig. 6.
Complex multi-functional materials, which absorb
vibrations in an autonomous way, thereby reducing noise
pollution, are an example of smart materials already in
use. They are equipped with recording sensors which
start their activity when the material begins to vibrate. The
sensors launch a signal that is then processed by a
regulator, which controls the integrated engines; the
engines in turn act to absorb the produced vibrations.
Extremely fine ceramic fibers are used to convert
mechanical or thermal tension into electrical signals.
For some time, scientists have researched on
materials that are equipped with sensors and control
devices and which are expected to "behave" similarly to
biological systems. They already have been successful
with these types of "smart materials". As a result, it is
possible to have soon materials able to repair themselves
or to adapt to certain conditions of the environment.
materiale şi sisteme de acŃionare clasice. De aceea, efortul de
concepŃie şi de realizare a avioanelor morphing, are ca fundament
materialele inteligente [3], cu efect de memorie a formei, precum şi
a sistemelor de acŃionare distribuită, în special prin utilizarea
actuatorilor piezoelectrici după cum se poate observa şi din fig. 6.
Materialele multi-funcŃionale compuse, care absorb
vibraŃiile în mod autonom, reducând astfel poluarea
fonică, sunt materiale inteligente deja sunt folosite.
Acestea sunt echipate cu senzori care înregistrează când
materialul începe să vibreze. Senzorii lansează un
semnal, procesat apoi de un regulator, care controlează
motoarele integrate, iar acestea acŃionează pentru a
absorbi vibraŃiile. Fibre ceramice sunt utilizate pentru a
converti tensiunea mecanică sau termică în semnal
electrice.
De ceva vreme, oamenii de ştiinŃă fac cercetări asupra
unor materiale care echipate cu senzori şi dispozitive de
control să se "comporte" similar cu sistemele biologice.
Deja au fost obŃinute anumite succese cu aceste tipuri de
"materiale inteligente". Ca urmare, este posibilă apariŃia
materialelor care să se repare singure sau să se adapteze
la anumite condiŃii din mediul înconjurător.
Fig. 6 - Airfoil modification (piezoelectric materials) / Modificarea profilului (materiale piezoelectrice)
7. Conclusions
Morphing and adaptive structures can reconfigure
shapes, stiffness or aircraft commands to increase
performance. They are included in the ACARE taxonomy
in the category "Emerging" and are expected to be built in
2020. It is expected that the first morphing aircrafts will
enter into operation in 2040.
These new structures, based on intelligent
materials and mechanical systems and actuators, lead to
the optimization of each flight stage of an aircraft.
Between the major advantages that result from this fact,
can be noted: better aerodynamically parameters,
reduction of fuel consumption, reducing of flight related
costs, increasing autonomy and range.
7. Concluzii
Structurile adaptive, structuri care pot reconfigura
forme, rigidităŃi sau comenzi ale aeronavelor pentru
creşterea performanŃelor, sunt încadrate in taxonomia
ACARE în categoria “Emerging” cu termen de dezvoltare
la nivel incipient în anul 2020. Se preconizează ca primele
aeronave morphing să intre în exploatare în anii 2040.
Aceste noi structuri, bazate pe materiale inteligente
şi pe sisteme mecanice de acŃionare, conduc la optimizarea
fiecărei etape a zborului unei aeronave. Printre avantajele
majore ce rezultă din acest fapt se pot enumera:
îmbunătăŃirea
parametrilor
aerodinamici,
scăderea
consumului de combustibil, scăderea costurilor de zbor,
creşterea autonomiei şi razei de acŃiune, etc.
References / ReferinŃe
[1]. Constantinescu, V. N., Găletuşe S.: Mecanica fluidelor
şi elemente de aerodinamică.
Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1983.
[2]. Arrison, L.: Morphing Wing Design. Virginia Tech
Aerospace Engineering, Virginia, 2002
[3]. Bujoreanu, L. G.: Materiale Inteligente. Editura
Junimea, Iaşi, 2002.
150
Vol. 28, No.2 /2009
INNOVATIVE CLUSTERS DEVELOPMENT IN ROMANIA
/
DEZVOLTAREA CLUSTERELOR INOVATIVE IN ROMANIA
Ph.D.Cornelia Muraru-Ionel, eng.Vladutoiu Laurentiu Constantin, ec.Cristea Oana-Diana
INMA-ITA
Abstract. In the competition for global markets, the
chances of economic success of a country or a region
are based on supply and specialty focusing development
towards key areas where they have competitive
advantages, resources and competencies.
Rezumat. In competiŃia globala pentru pieŃe, şansele
succesului economic al unei tari sau al unei regiuni se
bazează pe specializarea ofertei si concentrarea
eforturilor de dezvoltarea spre domenii-cheie unde se
deŃin avantaje competitive, resurse si competente.
INTRODUCTION
In the competition for global markets, the chances of
economic success of a country or a region are based on
supply and specialty focusing development towards key
areas where they have advantages competitive, resources
and competences.
In recent years, various parts of the world were
directed to the development of clusters as geographic
concentration of interconnected companies and
institutions in a particular area, having as a regional
technology policy, in order to increase economic
operators.
European Union has successfully developed such
competitive economic agglomerations on the basis of
public or private initiative, the "cluster policy" becoming
an important element of innovation policy in the Member
States, which supports an approach based on regional
innovative clusters, not only in developed urban centers
areas but also in poorer regions and rural areas.
The observatory of European clusters has
identified around 2 000 clusters that were formed
either from the bottom up or top down and are supported
by policies, projects and national and European funding.
In the USA where it was generated the cluster model,
more than half of the companies work according to the
following principle: companies within the cluster are in a
certain region and use their resources as well as.
INTRODUCERE
In competitia globala pentru piete, sansele succesului
economic al unei tari sau al unei regiuni se bazeaza pe
specializarea ofertei si concentrarea eforturilor de
dezvoltare spre domenii–cheie unde se detin avantaje
competititve, resurse si competente.
In ultimii ani, diferite zone ale lumii s-au orientat spre
dezvoltarea de clustere sub forma unor concentrari
geografice de companii si institutii interconectate intr-un
anumit domeniu, avand ca suport poli tehnologici
regionali, in scopul cresterii competitivitatii operatorilor
economici.
Uniunea Europeana a dezvoltat cu succes astfel de
aglomerari economice competitive pe baza unor initiative
publice sau private, «politica de clustere» devenind un
element important al politicilor de inovare din statele
membre, care susŃine o abordare bazată pe clustere
inovatoare regionale, nu numai în centrele urbane
dezvoltate dar şi în regiunile mai sărace sau rurale.
Observatorul European al Clusterelor a identificat
în jur de 2 000 de clustere care s-au format fie de jos in
sus, fie de sus in jos si sunt sustinute de politici, proiecte
concrete si finantari nationale si europene.
In SUA unde a fost generat modelul clusterului, mai mult
de jumatate din companii lucreaza dupa urmatorul
principiu: companiile din cadrul clusterului se afla intr-o
regiune si utilizeaza la maximum resursele acesteia.
Possible definitions:
Within in the paper "The Competitive Advantage of
Nations" (1990) [1] Michael Porter showed that economic
success depends on the interaction of factors grouped in
the so called "Porter's Diamond" and has introduced the
term of industrial cluster (business cluster, competitive
cluster or cluster Porterian).
As Porterian significance a cluster is a group of
companies and associated institutions (universities, research
institutes, testing laboratories, organization of standardization,
continuous training providers, professional associations,
local authorities etc.) in a specific area, cities in terms of
geographic coordinates and interconnected through
common and complementary interests.
The European Commission has defined de cluster as
a group of companies, entities and institutions
economically intertwined, which are located in the same
geographical area and have reached a level that allows
them to develop expertise and skills in specialized
services, resources , chain of suppliers.
DefiniŃii
Michael Porter în lucrarea „The Competitive Advantage
of Nations” (1990) [1] a evidenŃiat faptul că succesul
economic depinde de o interacŃiune a unor factori grupaŃi
în ceea ce s-a numit apoi „Diamantul lui Porter” si a
introdus termenul de cluster industrial (business
cluster, cluster competitiv sau cluster Porterian).
In acceptiunea Porteriana un cluster este un grup
de companii si institutii asociate (universităŃi, institute de
cercetare, laboratoare de încercări organizaŃii de standardizare,
furnizori de formare profesională continua, asociaŃii
profesionale, autorităŃi locale etc) dintr-un domeniu specific,
invecinate din punct de vedere geografic si interconectate
prin preocupari comune si complementare.
Comisia Europeana a definit clusterul ca fiind un
grup de companii, de entitati si institutii interconectati din
punct de vedere economic, care sunt amplasate in
acelasi areal geografic şi care au ajuns la un nivel care
sa le permita dezvoltarea de expertize de specialitate,
servicii, resurse, lanturi de furnizori si abilităŃi.
Examples of clusters :
•
Industry = a group of companies that provide
essentially the same product-create links, supply
chains.
Benefits for companies within a Cluster
•
Increase the competitiveness of companies to new
economic challenges;
Exemple de clustere :
•
O industrie = un grup de companii care furnizeaza in
esenta acelasi produs- creaza legaturi, lanturi de
aprovizionare
Beneficii pentru companiile din cadrul unui Cluster
•
Cresterea competitivitatii companiilor pentru noile
provocari economice;
151
Vol. 28, No.2 /2009
•
•
•
•
•
•
•
•
Increase productivity and the rate of employment by
the regional interconnection of people, skills,
competences and knowledge;
Reduce cost of failure so the entrepreneurs can
return to opportunities of employment in many other
local companies in the same domain;
Increase economic efficiency because of easy and
fast networking with customers and suppliers;
Stimulate innovation: quick interaction with
customers creates new ideas and provides a high
pressure on innovation, the facilities offered by the
collaboration of the cluster experiments decrease
costs;
Reduce the constraints imposed on SMEs by large
companies;
Increase chances of success for start-ups and spinoff sites;
Ability to influence educational profiles corresponding
to qualified human resources;
Premise to successfully face new economic
challenges: rapid changes in global market and
production systems(innovation is a decisive factor in
a competition and knowledge is the key to success).
•
•
•
•
•
•
•
•
Cresterea productivitatii şi a ratei de ocupare a forŃei
de muncă prin interconectarea la nivel regional dintre
oameni, abilitati, competenŃe si cunostinte;
Reducerea costurilor de esec astfel incat intrerprinzatorii
pot reveni la oportunitatile de ocupare a fortei de munca
locale in multe alte companii din acelasi domeniu;
Cresterea gradului de eficienta economica a companiilor
datorita relationarii facile si rapide cu clientii si furnizorii;
Stimularea inovarii: interactiunea rapida cu clientii
creaza idei noi si furnizeaza o presiune mare asupra
inovarii; facilitatile oferite de cadrul de colaborarea
din
interiorul
clusterului
scad
costurile
experimentarilor;
Diminuarea constrangerilor pentru IMM-uri impuse
de marile companii;
Cresterea sanselor de succes pentru start-up-uri si
spin-off-uri;
Posibilitatea de a influenta profilurile de invatamant
corespunzator necesarului de calificare a resurselor umane;
Premise pentru a face fata cu succes noilor provocari
economice: schimbari rapide in piata globala si in
sistemele de productie (inovarea este factorul decisiv
intr-o competitie iar cunoasterea este cheia succesului).
Conditions for a succssful Cluster
•
Trust among participants;
•
Voluntary participation;
•
Providing a "critical mass" - a number of
activities and business and complementary
communities, interconnected by a common
interest based on existing skills;
•
Ensure a common identity and a clear common
strategy based on common and complementary
competences, demonstrated in practice;
•
Ensuring the independence of each participant;
•
Dynamic and open cooperation;
•
Participants remain competitors in all points of
view;
•
The cluster management is provided by
participants through structures clearly defined
and appropriate training;
•
Clear additional benefits to all participants [2]
Conditii pentru asigurarea succesului unui Cluster
•
Increderea intre participanti;
•
Participare voluntara;
•
Asigurarea unei „mase critice“ – un numar
corespunzator de activitati si afaceri comune si
complementare, interconectate printr-un interes
comun fundamentat pe competentele existente;
•
Asigurarea unei identitati comune, respectiv a unei
strategii comune clare bazate pe competente
comune si complementare, demostrate in practica;
•
Asigurarea independentei pentru fiecare participant;
•
Cooperare dinamica si deschisa;
•
Participantii raman competitori din toate
punctele de vedere;
•
Managemetul clusterelui este asigurat de catre
participanti prin intermediul unor structuri clar
definite, adecvate si profesionale;
•
Beneficii suplimentare clare pentru toti participantii [2]
Opportunities
•
Developing clusters of "top level" of world-class,
as a result of the orientation of European hubs
of know-how first class (inside or outside
Europe) and to trans-national cooperation at the
business;
•
Establishment in 2009 of a High Level Group in
clusters which aims to identify the main
instruments at European and national levels to
improve cooperation between clusters;
•
Facilitating cooperation between organizations of the
European Cluster Alliance Clusters;
•
Launching the initiative "Excellence of Cluster
Organization" that provide support to access
funds to finance business clusters;
•
Promoting excellence of cluster organizations with a
professional management provided by specialized
institutions, known as "cluster organizations;
•
Acknowledgment of "cluster manager" as a new
professional qualification;
•
Creating the necessary rapid integration SMEs
in innovative clusters, in order to promote
technology
transfer
activities
and
the
internationalization of SMEs.
Oportunitati
•
Dezvoltarea clusterelor de “top level” de clasa
mondiala, ca rezultat al orientarii companiilor
europene catre hub-uri de know-how de prima
clasa (din interiorul sau exteriorul Europei) si catre
cooperarea trans-nationala la nivel de afaceri;
•
Infiintarea in 2009 a unui High Level Group in
domeniul clusterelor care are ca obiectiv principal
identificarea instrumentelor la nivel european si
national pentru imbunatatirea cooperarii intre clustere;
•
Facilitarea cooperarii intre organizatiile din
clustere prin European Clusters Alliance;
•
Lansarea initiativei «Excellence of Cluster Organization»
care sa ofere sprijin pentru accesarea fondurilor
comunitare in vederea finantarii activitatii clusterelor;
•
Promovarea excelenŃei organizaŃiilor de tip cluster
printr-un management profesionist asigurat de institutii
de specialitate, cunoscute ca “organizaŃii cluster”;
•
Recunoaterea “managerului de cluster” ca o
nouă calificare profesională;
•
Crearea cadrului necesar integrării rapide a
IMM-urile inovative în clustere, in scopul
promovarii transferului tehnologic şi al
internaŃionalizarii activitatilor IMM-urilor.
Clusters in the EU
Clusterele in UE
152
Vol. 28, No.2 /2009
Within the 73-session in February 2008 of the
Committee of the Regions EU it been has stressed the
importance of communication and exploitation of
knowledge and the supply thereof in a form that can be
integrated into the production. This can be achieved by
creating regional networks between research institutes,
universities, SMEs and other stakeholders in view of
creating of clusters, technology platforms and regional
policy, considering it's also necessary to facilitate their
access to projects and European programs of
cooperation in research and innovation.
The experience of developed countries in the EU has
shown that the clustering process is a foundation for
constructive dialogue between representatives and the
state enterprise sector, educational media, information,
NGOs, etc. Also developing clusters around poles
regional technology has led to increasing the efficiency
of mutual relations in the processes of innovation
between the private sector, state, trade associations,
educational institutions and research.
Currently Scandinavian and Finnish industries are
fully clustered. In Finland, which is the world leader in
terms of research-industry cooperation, even during the
1996-1997 inter-ministerial cluster programus have
watched the creation of knowledge based clusters, in
which the grouping of companies are depending on area
of interest and solely on geographic criteria. Sweden is
the best model for implementing the "triple helix" of
innovation and technology transfer, clusters are
regarded not as an end in itself, but as instruments of
local economic development and regional.[3]
Key industrial clusters in Germany (in chemistry and
machine building industry) and France (from food and
cosmetics) were created 50-60 years still in the twentieth
century, favoring the growth of jobs, investments and
accelerate the implementation advanced technologies in
national economies.
In Germany the formation of innovative clusters is
one of the German government priorities as expressed in
the governing coalition agreement in Genshagen in early
2006.
Powers as regards policy cluster is split between the
Federal Ministry of Economics and Technology - BMWi
(industry-driven clusters) and Federal Ministry of
Education and Research - BMBF (learning research
driven clusters).
Clusters in France are called "competitiveness
poles". The principle on which are established and
function poles of competitiveness in France is the
following: collaboration and key actors in the
geographical concentration of innovation more efficient,
by encouraging and supporting projects initiated by
actors in the economic and academic environment in a
specific region in order to accede to a position of
leadership in those of France and at international level.
The French industry is currently faced with a double
evolution of the global economy:
•
Internationalization of trade and production
processes that lead to increasing competitive pressure;
•
Developing a knowledge based economy in which
innovation and research-fundamental and appliedare the main vectors of increasing competitiveness.
•
French model in the poles of competitiveness has
been a source of inspiration for Belgium and
Portugal to develop policy and poles of
competitiveness / regional clusters, in a manner of
its own.
Italian government policies have facilitated
concentration of firms (eg mechanics cluster located
around Modena).
In cadrul celei de-a 73-a sesiuni plenare din
februarie 2008 a Comitetului Regiunilor UE s-a subliniat
importanŃa comunicării şi exploatării cunoaşterii, precum
şi a furnizării acesteia într-o formă care să poată fi
integrată în activitatea de producŃie. Aceasta se poate
realiza prin crearea de retele regionale intre institute de
cercetare, universităŃi, IMM-uri şi alte părŃi interesate, în
vederea înfiinŃării de clustere, platforme şi poli tehnologici
regionali, considerandu-se de asemenea necesar sa se
faciliteze accesul acestora la proiecte şi programe
europene de cooperare în domeniul cercetarii şi inovarii.
Experienta statelor dezvoltate din UE a demonstrat
ca procesele de clustering reprezinta un fundament
pentru dialogul constructiv dintre reprezentantii
sectorului antreprenorial si stat, medii educationale, de
informare, ONG-uri,etc. De asemenea dezvoltarea
clusterelor in jurul polilor tehnologici regionali a condus
la cresterea eficientei relatiilor reciproce din cadrul
proceselor de inovare dintre sectorul privat, stat, asociatii
comerciale, institutii educationale si de cercetare.
In prezent industriile finlandeze si scandinave sunt
integral clusterizate. In Finlanda, care este liderul mondial in
privinta cooperarii industrie-cercetare, inca din perioada
1996-1997 programele inter-ministeriale de clustere au
urmarit crearea de clustere bazate pe cunoastere, in cadrul
carora gruparea firmelor se realizeaza in functie de domeniul
de interes si nu exclusiv pe criterii geografice. Suedia
reprezintă cel mai bun model de aplicare a modelului „triple
helix” al transferului tehnologic şi inovării, clusterele fiind
privite nu ca un scop în sine, ci ca instrumente ale
dezvoltării economice locale, respectiv regionale.[3]
Clusterele industriale cheie din Germania (din
domeniile chimiei si industriei constructoare de masini) si
din Franta (din domeniile alimentar si cosmetice) s-au creat
inca in anii 50-60 ai secolului XX, favorizand cresterea
locurilor de munca, a investitiilor si accelerarea implementarii
tehnologiilor avansate in economiile nationale.
In Germania constituirea de clustere inovative
reprezinta una dintre priorităŃile guvernului german, aşa
cum au fost exprimate în cadrul Acordului coaliŃiei de
guvernare de la Genshagen la începutul anului 2006.
CompetenŃele în ceea ce priveşte politica de cluster
se împart între Ministerul Federal al Economiei şi
Tehnologiei - BMWi (industry-driven clusters) şi
Ministerul Federal al EducaŃiei şi Cercetării - BMBF
(learning research driven clusters).
In Franta clusterele sunt denumite “Poli de
competitivitate”. Principiul pe baza caruia sunt infiintati si
functioneaza polii de competitivitate in Franta este
urmatorul: colaborarea actorilor principali si concentrarea
geografica in serviciul unei inovari mai eficiente, prin
incurajarea si sustinerea de proiecte initiate de catre
actorii din mediul economic si academic dintr-o anumita
regiune in scopul de a accede la o pozitie de lider in domeniul
respective, la nivelul Frantei si la nivel international.
In prezent industria franceza este confruntata cu o
dubla evolutie a economiei mondiale:
•
Internationalizarea schimburilor si proceselor de
productie care conduc la cresterea presiunii concurentiale;
•
Dezvoltarea unei economii bazate pe cunoastere in
cadrul careia inovarea si cercetarea-fundamentala sau
aplicativa-sunt vectorii principali ai cresterii competitivitatii.
•
Modelul
francez
in
domeniul
polilor
de
competitivitate a reprezentat o sursa de inspiratie
pentru Belgia si Portugalia pentru a-si dezvolta politica
polilor de competitivitate/ clusterelor regionale, intr-o
maniera proprie.
Politicile guvernamentale din Italia au facilitat
concentrarile de firme (ex. Clusterul mecanicii localizat in
jurul Modenei).
153
Vol. 28, No.2 /2009
Clusteres in Romania
Among the strategic guidelines of the Romanian
Government are included the promotion of clusters and
chains of suppliers, investment in new technologies,
fostering of international cooperation, cooperation
between universities, research institutes and innovative
SMEs. Studies of identifying the areas of interest for the
development of regional clusters and measures needed
to their support are one of goal of the most regional
development strategies.
A series of tests of awareness of the role of clusters
were made on basis of exchanges of experience with
different companies or associations in Europe.
Thus in the European project Intereg III B
"Industrial Cluster Development Project", under Italian
coordination, were highlighted several opportunities for
training in clusters in developing regions in Romania.
Currently in Romania local clusters are at an early
stage compared to other EU countries, but one can
notice already some initiatives in this area.
Clusterele in Romania
Printre orientarile strategice ale Guvernului
României se numără promovarea clusterelor şi a
lanŃurilor de furnizori, a investiŃiilor în noi tehnologii,
încurajarea
cooperării
internaŃionale,
stimularea
cooperării între universităŃi, institute de cercetare şi IMMuri inovative. Studiile de identificare a domeniilor de
interes pentru dezvoltarea de clustere regionale si
masurile necesare pentru sprijinirea lor sunt unul din
obiectivele majoritatii strategiilor de dezvoltare regionala.
O serie de incercari de constientizare a rolului
clusterelor au fost realizate pe baza schimburilor de
experienta cu diferite firme sau asociatii din Europa.
Astfel in cadrul proiectului european Intereg III B
„Industrial cluster development Project”, sub coordonare
italiana, au fost evidentiate cateva oportunitati de formare a
clusterelor in regiunile de dezvolatare din Romania.
În prezent in România clusterele autohtone se află
într-un stadiu incipient, comparativ cu alte Ńări din UE,
însă pot fi deja remarcate unele iniŃiative în acest domeniu.
Table no. 1 / Tabel Nr.1
Region /
Regiune
North - East /
Nord - Est
County /
Oras
Bacau, Botosani, Iasi,
Neamt, Suceava, Vaslui
Central / Centru
Alba, Brasov, Covasna,
Harghita, Mures, Sibiu
West / Vest
North West /
Nord - Vest
South / Sud
Timis
Specialization /
Specializare
Textile / Textile
Wood processing, Steel frame construction and metal products /
Prelucrare a lemnului, structuri din oŃel de construcŃii şi
produse metalice
Textile and Software / Textile si Software
Cluj
Software / Software
Bucuresti / Bucharest
Software / Software
Table no. 2 / Tabel Nr.2
Region /
Regiunie
North - East /
Nord - Est
South – East /
Sud - Est
South /
Sud
South - West /
Sud - Vest
West /
Vest
North – West /
North – West
Centre /
Centre
Bucharest /
Bucuresti
Economic Sectors /
Sectorul Economic
Agriculture / Agricultura
Sylviculture / Silvicultura
Transport and Storage /
Transport si Depozitare
Construction / Constructie
Industry / Industrie
Trade / Comert
Hotels and Restaurants / Hotel si Restaurant
Index /
Indice
1,235
1,456
Regional Weight % in the
sector / Procent %
20,16%
23,78%
1,411
17,58%
1,610
1,327
1,224
1,931
1,421
1,125
2,151
1,140
1,243
17,64%
20,17%
13,74%
21,67%
13,80%
10,92%
20,88%
11,07%
12,07%
1,104
15,06%
Trade / Comert
Transport and Storage / Transport si depozitare
Post and Telecommunications / Posta si Telecomunicatii
Financial, Banking activities / Financiare, Activitati Bancare
Real Estate / Imobiliare
General Government / Guvern
Education / Educatie
Health and Social Assistance / Sanatate si asistenta sociala
Other activities / Alte activitati
1,359
1,322
1,222
1,238
1,788
1,740
1,945
2,270
3,055
3,497
2,164
1,376
1,265
2,662
16,77%
16,31%
15,09%
11,27%
16,27%
15,84%
17,70%
20,66%
27,82%
31,83%
19,70%
12,53%
11,52%
24,23%
154
Vol. 28, No.2 /2009
“There are no regional programmes for cluster development in Romania” /
“Aici nu există programe regionale pentru dezvoltarea de clustere în România”
(Country Report Romania, part of the Europe INNOVA Cluster Mapping Project, Oxford Research AS, December 2007) /
(Country Report Romania, care face parte din Europa INNOVA Cluster Mapping Project, Oxford cercetare, decembrie 2007)
Funding Programs for Clusters
•
Sectorial Operational Programme "Increase of
Economic Competitiveness" – SOP IECPriority Axis 1- An innovative and eco-efficient
productive system.
Key Areas of Intervention 1.3 „Sustainable entrepreneurship
development”
Objective:
1) Assistance specific to existing and emerging clusters
for consolidate the interaction between firms in order to:
develop innovative activities, results based on CD;
increase productivity-growth, economic performance,
increase the number of suppliers and customers
to finance the soft and hard investments wich
envisage, especially SMEs needs.
Programe de finantare pentru Clustere
•
Programul
OperaŃional
Sectorial
"Creşterea
CompetitivităŃii Economice” - POS CCE Axa Prioritara 1- Un sistem inovativ si ecoeficient de productie
Domeniul major de interventie 1.3 “Dezvoltarea durabila
a antreprenoriatului”
Obiectiv:
1) Asistenta specifica clusterele existente sau emergente pentru
consolidarea procesului de interactiune dintre firme in scopul:
dezvoltarii de activitati inovative, bazate pe rezultate CD;
creşterii productivitatii, a performantelor economice,
cresterii numarului de furnizori şi de clienti
finanŃarea investiŃiilor (soft si hard) are in vedere, in
special, necesitatile IMM-urilor.
The indicative operations – not actives:
a) Development of business support structures of
national and international dimension;
complementary to the ROP (infrastructure support
for local business)
focus on supporting business infrastructures of national or
international dimension with selection in terms of:
partnership (cluster potential)
national or international dimension
quality of the development strategy.
Hard activities:
building infrastructures
consolidations/refurbishing/modernization
equipments acquisitions.
Soft activities:
- services for reinforcing the entrepreneurship culture such as:
- dissemination and info
- best practices exchange
- mentoring/coaching activ
- know-how transfer
- seminars and workshops
b) Support for enterprises’ integration in supplier
chains and clusters:
Operation purposes:
to strengthen networking and cooperation relations
between enterprises
reinforcing value chains
supporting the process of cluster development
Support will be granted for the development of joint
Operatiunile indicative – nu sunt inca active:
a) Dezvoltarea unor structuri de sprijin a afacerilor de
dimensiune nationala si internationala;
complementaritate
cu
POR
(sprijin
pentru
infrastructurile de afaceri locale)
orientare spre infrastructurile de sprijin a afacerilor,
luandu-se in considerare:
parteneriatul (cluster potential),
dimensiunea nationala sau internationala
calitatea strategiei de dezvoltare
Activitati hard:
constructia infrastructurii
consolidare / reamenajare / modernizare
achizitii de echipamente
Activitati soft:
servicii pentru dezvoltarea culturii antreprenoriale:
informare si diseminare;
schimb de bune practice;
mentoring/ coaching active;
transferul de know-how ;
seminarii si workshop-uri.
b) Sprijin pentru integrarea întreprinderilor în lanŃuri de
furnizori şi clustere:
Scopul operatiunii:
crearea de reŃele puternice şi consolidarea relaŃiilor
de cooperare între întreprinderi ;
consolidarea lanturilor de valori ;
sustinere procesului de dezvoltare a clusterelor .
Sprijinul va fi acordat pentru dezvoltarea de proiecte
155
Vol. 28, No.2 /2009
projects in the fields of:
production;
consultancy;
specialized services;
logistics.
Priority Axis 2 - R, Technological, Development and
Innovation for Competitiveness.
Key Areas of Intervention 2.2 Investments in RDI
infrastructure and related administrative capacity.
The indicative operations:” Development of poles of excellence”.
focused on developing research-driven poles of excellence
grouping together enterprises, research institutions,
training centres which by active partnerships will
perform activities with the same market objective,
guided by a common development/business
strategy.
•
Regional Operational ProgramROP- Priority Axis 1-Support to sustainable
development of urban growth poles.
Key Areas of Intervention 1.1 - “Integrated urban
development plans” ” (HG 998/2008 m. şi c).
1) POLES OF GROWTH: seven large urban centres
(Iasi, Constanta, Ploiesti, Craiova, Timisoara, ClujNapoca, and Brasov) and the areas of influence of those
2) POLES OF URBAN DEVELOPMENT: the municipalites
of Arad, Baia Mare, Bacau, Braila, Galati, Deva, Oradea,
Pitesti, Ramnicu-Valcea, Satu Mare, Sibiu, Suceava,
Targu Mures.
•
Sectorial Operational Programme for Human
Resources Development - SOP HRD
•
Cross-Border Cooperation Programme
•
The National Plan for R&D&I for the period 20072013 (NP II).
comune in domeniile :
productie;
consultanta;
servicii specializate;
logistica.
Axa Prioritara 2- Cercetare, Dezvoltare Tehnologica si
Inovare pentru Competitivitate.
Domeniul Major de interventie 2.2 Investitiile in
infrastructura de CDI si in capacitatea administrativa
Operatiuni indicative:“Dezvoltarea polilor de execelenta”.
Orientare pe dezvoltarea polilor de excelenta
Grupuri de intreprinderi, institutii de cercetare, centre
de formare profesionala continua care, prin parteneriat
activ, vor desfasura activitati performante in scopul
atingerii aceluiasi obiectiv referitor la piata, pe baza unei
strategii de dezvoltare comuna/ strategii de afaceri .
•
Programul Operational Regional –
POR-Axa Prioritara 1- Sprijin pentru dezvoltarea
durabilă a polilor urbani de creştere
Domeniul major de interventie 1.1-“Planuri integrate de
dezvoltare urbana” (HG 998/2008 m. şi c).
1) POLI DE CRESTERE: 7 centre urbane mari (Iasi,
Constanta, Ploiesti, Craiova, Timisoara, Cluj-Napoca si
Brasov) si ariile de influenŃă ale acestora.
2) POLI DE DEZVOLTARE URBANA: municipiile Arad,
Baia Mare, Bacau, Braila, Galati,Deva, Oradea, Pitesti,
Ramnicu-Valcea, Satu Mare, Sibiu, Suceava, Targu
Mures.
•
Programul OperaŃional Sectorial pentru Dezvoltarea
Resurselor Umane - POS DRU
•
Programul de cooperare transfrontalieră
•
Planul National R&D&I pentru perioada 2007-2013
(NP II).
Conclusions:
•
There is the potential for creating RO clusters
•
It is necessary to create national and transnational clusters
•
There are funds for creating and developing RO
clusters
•
It is necessary to set up a cluster strategy
•
It is necessary to create the RO clusters map.
It is necessary to stimulate local administration and the
companies for clusters development.
Concluzii:
•
există un potenŃial pentru crearea clusterelor in RO
•
este necesar să se creeze clustere la nivel naŃional
şi trans-naŃional
•
există fonduri pentru crearea şi dezvoltarea
clusterelor in RO
•
este necesara înfiinŃarea unui grup strategic de cluster
•
este necesar crearea unei harti a clusterelor din RO.
Este necesara stimularea administraŃiei locale şi a
companiile pentru dezvoltarea clusterelor.
[1] Michael Porter „The Competitive Advantage of
Nations”, 1990;
[4] Daniel Cosnita „Pro Wood”, 2009.
[2] Renate Müller “Cluster Policy and Approaches Linking firms, people and knowledge”, 2009;
[3] Michael Guth “Success Cases from Regional Cluster
Policies in Europe”, 2009;
156
Vol. 28, No.2 /2009
157
cons

Volum 28

Transcription

Similar documents

Proiect Comenius - Colegiul National "Fratii Buzesti"

R O M A N I A Scoala cu cls. I-VIII Nr. 7 Barlad,”Cpt. Grigore Ignat

FESTIVE BRUNCH

Agentia pentru Proteclia Mediului Buziu

partea i - Clubul inorogilor

M.Gligor_Apulum_XLV_ Termoluminiscenta

BIBAS News - Bibas Group

Istruzioni per l`uso

Moldbrixia 4, 2011 - Ambasada Republicii Moldova în Republica