Analiza eksperymentalna dekompozycji opon metodą water-jet

Ocena: 0

13287

Zużyte opony są ważnym problemem światowej gospodarki. W Polsce rocznie złomuje się około 40 tys. ton opon, w skali światowej liczba ta wzrasta do milionów ton. Odpadów tych trzeba się pozbyć. Najczęściej się je spala, ale są również inne metody.

Rys. 1. Mechaniczne szorstkowanie opony

Zasadniczo stosuje się trzy metody poużytkowego zagospodarowania opon:

regeneracja (bieżnikowanie),
recykling energetyczny,
recykling surowcowy [1].

Najstarsza z metod, czyli bieżnikowanie polega na nałożeniu nowej warstwy bieżnika w celu dalszej jej eksploatacji. Nowoczesne metody stosowane w bieżnikowaniu opon pozwalają wydłużyć okres ich użytkowania. Technologie te stosuje się głównie do regeneracji opon o dużych gabarytach (głównie do samochodów ciężarowych), gdzie nie występują duże prędkości obwodowe kół pojazdu.

Recykling energetyczny polega na wykorzystaniu zużytych opon jako paliwa. Stosuje się go głównie w cementowniach, a także w elektrociepłowniach, przemyśle papierniczym i chemicznym. Obecnie tą metodą zagospodarowuje się około 90% zużytych opon.

Recykling materiałowy polega na oddzieleniu stalowych drutów od gumy i frakcji tekstylnych. Można tu wyróżnić dwie metody:

1. opona rozdrabniana jest na kawałki, rozcierana,
1. a następnie oddzielane są części metalowe. Metoda stosowana jest w kilku krajach, m.in. w Stanach Zjednoczonych i w Polsce. Jest to jednak technologia kosztowna i nieprzyjazna środowisku, ze względu na dużą energochłonność oraz towarzyszący jej hałas,
2. metoda z zastosowaniem tzw. technologii water-jet, która jest przedmiotem niniejszego artykułu. W metodzie tej na oponę działa struga wody o wysokim ciśnieniu.

Rys. 2. Powierzchnia opony po szorstkowaniu (wyraźnie widać stalowe druty) [1]

Rys. 3. Pompa HDP 164 zastosowana do badań

Rys. 4. Stanowisko badawcze z obracającą się oponą

Zastosowanie metody z wykorzystaniem strumienia wody o wysokim ciśnieniu nie jest dokładnie opisane w literaturze. Istnieje kilka ośrodków na świecie prowadzących badania w tym zakresie. Jednym z nich jest Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, gdzie na Wydziale Mechanicznym w 2000 roku rozpoczęto pierwsze prace nad tym zagadnieniem.

Metodyka badań

We wstępnych badaniach opisanych w pracy [1] przyjęto dwie technologie oddzielania drutów od pozostałych materiałów opony. Pierwsza, z zastosowaniem szorstkarki, polega na wstępnym usunięciu gumy z opony metodą mechaniczną, a następnie oddziaływaniu strumienia wody o wysokim ciśnieniu (rys. 1, 2).

Badania wykazały, że działanie strugi wody po szorstkowaniu jest procesem mało efektywnym. Szorstkowanie spowodowało zmniejszenie sztywności opony, która pod wpływem oddziaływania strumienia wody znacznie się uginała, co jest zagadnieniem niekorzystnym w tej metodzie. W związku z powyższym zdecydowano o kontynuacji doświadczenia z zastosowaniem drugiej metody, w której oddziaływanie strumienia wody nie było poprzedzone wstępnym, mechanicznym przygotowaniem opony.

Rys. 5. Drugie stanowisko badawcze

Stanowisko badawcze i wyniki badań

Badania przeprowadzono w Instytucie Wysokich Ciśnień na Politechnice Koszalińskiej. Do badań wykorzystano pompę

HDP 164 o następujących parametrach:

wydajność: 20 l/min.,
moc silnika: 132 kW,
ciśnienie robocze: 1000 bar (rys. 3).

Doświadczenia prowadzono przy stałym ciśnieniu strugi: 1000 bar. W następnych etapach badan planuje się stopniowe zwiększanie ciśnienia.

Badania prowadzono dwutorowo:

działając strumieniem cieczy na całą, obracającą się oponę,
działając strumieniem cieczy na przeciętą, rozpłaszczoną oponę.

W pierwszym przypadku oponę zamocowano na specjalne do tego celu zbudowanym stanowisku badawczym, które umożliwiło obracanie opony z różną prędkością obrotową i zmianę względnego usytuowania dyszy w stosunku do opony. Możliwy był również ruch poprzeczny dyszy (rys. 4).

Inne podejście technologiczne przedstawia metoda druga. Do jej realizacji także zbudowano stanowisko badawcze, na którym rozpłaszczona opona zamocowana była sztywno do ruchomego stołu (rys. 5). Zgodnie z przedstawioną dokumentacją fotograficzną, opona wraz ze stołem wykonywała ruch wzdłużny, natomiast głowica z dyszą porzeczny. Bezpośrednie oddziaływanie strumienia wody na rozpłaszczoną oponę oraz efekt tego doświadczenia przedstawiono na rys. 6.

Rys. 6. Oddziaływanie strumienia wody na rozpłaszczoną oponę oraz efekt tego oddziaływania

Wnioski

Dotychczas przeprowadzone doświadczenia są bardzo obiecujące i dają nadzieję, że uda się opracować nową technologię recyklingu opon, z wykorzystaniem technologii water-jet.

Bazując na przeprowadzonych doświadczeniach, planuje się wykonanie badań dla różnych parametrów: zmiany ciśnienia strugi wodnej, różnych prędkości posuwu poprzecznego jak i wzdłużnego opony, zmiany kąta ustawienia dyszy. Badania nie wykazały, która z technologii jest zdecydowanie lepsza (opona cała czy rozpłaszczona) i dlatego przez następny okres planuje się stosować obydwie metody.

W celu porównania metody water-jet z innymi stosowanymi w świecie, należy porównać energochłonność tych technologii.

Literatura

1. H. Holka, T. Jarzyna: Inż. Ap. Chem. 47, nr 5, 11 (2008).

2. H. Holka, T. Jarzyna: Rozdrabnianie opon za pomocą technologii water-jet. II Międzynarodowa Konferencja Naukowa, Ekologia-ekośrodowisko pracy-ekowytwarzanie, Opole 2008.

3. A. Stryjecki: Nowoczesne wycinarki wodne w branży metalowej. Nowe technologie, 06.2008.

4. H. Holka: zgłoszenie patentowe nr P371170 pt. „Metoda utylizacji opon”.

5. H. Holka, T. Jarzyna: Inż. Ap. Chem. 44, nr 3s, 31 (2005).

Henryk Holka

Tomasz Jarzyna

Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz

Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007–2010 jako projekt rozwojowy.

Artykuł ukazał się także w czasopiśmie "Inżynieria i Aparatura Chemiczna"
(Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2009, 48, nr 2, 52-53,
http://inzynieria-aparatura-chemiczna.pl/pdf/2009/2009-2/InzApChem_2009_2_052-053.pdf).

Nowoczesna Gospodarka Odpadami 1(4) 2014