POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Instytut Silników Spalinowych,
Transportu i Ekologii

Zakład Inżynierii Procesowej, Bezpieczeństwa i Ekologii

Laboratorium Towaroznawstwo

Temat ćwiczenia: Materiały sypkie- analiza sitowa
Data wykonania ćwiczenia 29.10.2013

1. Cel ćwiczenia

Badanie wpływu wysokości zasypu na gęstość usypową oraz porowatość materiału sypkiego.

1. Schemat stanowiska
   

Rys. 1. Schemat stanowiska: 1-statyw, 2-naczynie przesypowe,

3-naczynie pomiarowe, 4-lejek, 5-wstrząsarka.

Rys.2. Waga elektroniczna

1. Przebieg ćwiczenia

W celu przeprowadzenia ćwiczenia mocujemy lejek na wysokości 150mm i ważymy puste naczynie pomiarowe i tarujemy wagę. Następnie usypujemy materiał z lejka do naczynia pomiarowego aż powstanie nam stożek. Stożek ten zgarniamy listwa po brzegach naczynia i ważymy naczynie z materiałem. Badanie wykonujemy trzykrotnie dla danej wysokości. Po czym zwiększamy wysokość lejka do 210mm i wykonujemy identyczne czynności co poprzednio. Kolejna zwiększamy wysokość lejka na 470mm i wykonujemy wcześniej opisane czynności. W kolejnej części mierzymy średnice naczynia pomiarowego i obliczamy jego objętość. Na sam koniec obliczamy gęstość właściwa żwirku akwarystycznego, wykonując czynności: mierzymy puste naczynie, następnie dolewamy wody, mierzymy wagę i sprawdzamy objętość, dosypujemy żwirku, mierzymy wagę naczynia razem z wodą i żwirkiem i sprawdzamy objętość.

1. Tabela wyników pomiaru

L.P	Numer pomiaru	Wysokość zsypu [mm]	Masa materiału [g]	Średnia masa materiału [g]	Masa pustego pojemnika [g]	Objętość pojemnika [cm^3]
1	1	150	758,2	757,9	46,3	604
2	2		756,5
3	3		759,2
4	1	210	763	766,6
5	2		762,1
6	3		773,8
7	1	470	797	794,6
8	2		792,3
9	3		792,3

Protokół wyników pomiarów z ćwiczenia zostanie dołączony na końcu sprawozdania.

1. Przykładowe Obliczenia

Objętość naczynia pomiarowego:

D- średnica naczynia pomiarowego = 9,1 cm
h-wysokość naczynia pomiarowego =9,3 cm

$$V = \frac{\pi*D^{2}}{4}*h = \frac{\pi*\left( {9,1}^{2} \right)}{4}*9,3 = 604,8\ \text{cm}^{3}$$

Gęstość właściwa materiału γ:

m₁- masa naczynia
m₂- masa naczynia z wodą

m₃- masa naczynia z wodą i materiałem sypkim
m_m- masa materiału sypkiego

V₁- objętość zajmowana przez wodę w naczyniu
V₂- objętość zajmowana przez wodę i materiał sypki w naczyniu
V_m- objętość zajmowana przez materiał sypki

m₁=74,4 g V₁=40 cm³

m₂=112,5 g V₂=43 cm³

m₃=122,5 g

V_m = V₂ − V₁ = 43 − 40 = 3 cm³

m_m = m₃ − m₂ = 122, 5 − 112, 5 = 10 g

$$\gamma = \frac{m_{m}}{V_{m}} = \frac{10}{3} = 3,3\ \frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

Gęstość usypowa materiału γ_u:

m_m-masa materiału sypkiego

V- objętość naczynia pomiarowego

$$\gamma_{u} = \frac{m_{m}}{V}\lbrack\frac{g}{\text{cm}^{3}}\rbrack$$

$$\gamma_{u1} = \frac{758,2}{604,8} = 1,25363\lbrack\frac{g}{\text{cm}^{3}}\rbrack$$

$$\mathbf{\gamma}_{\mathbf{sr}_{\mathbf{1}}}\mathbf{=}\frac{1,25363 + 1,25082 + 1,25529}{\mathbf{3}}\mathbf{= 1,25324\lbrack}\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$

$$\gamma_{sr} = \frac{1,25324 + 1,26702 + 1,3139}{3} = \mathbf{1,27805\ \lbrack}\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$

Porowatość P:

P- porowatość
γ- gęstość właściwa materiału

γ_u- gęstość usypowa materiału

$$P = \frac{\gamma - \gamma_{u}}{\gamma}*100\%\ $$

$$P_{1} = \frac{3,3 - 1,25363}{3,3}*100\% = 62,01\%$$

L.P.	Masa materiału	Gęstość właściwa materiału [g/cm^3	Gęstość usypowa materiału [g/cm^3	Śr. gęstość	Śr. Gęstość usypowa	Porowatość [%]	Śr. porowatość	Śr. porowatość
1	758,2	3,3	1,25363	1,25324	1,27805	62,01	62,02
2	756,5		1,25082			62,09		61,26
3	759,2		1,25529			61,96
4	763		1,26157	1,26702		61,77	61,6
5	762,1		1,26008			61,82
6	773,8		1,27943			61,23
7	797		1,31779	1,3139		60,06	60,18
8	792,3		1,31001			60,3
9	792,3		1,31001			60,3

1. Wykresy

1. Wnioski

Wraz ze wzrostem wysokości opadania materiału sypkiego wzrasta jego energia co prowadzi do zmniejszenia się przestrzeni zajmowanej przez powietrze. W wyniku tego zjawiska gęstość usypowa materiału wzrasta liniowo a zmniejsza się porowatość. Zwiększając wysokość nasypu zwiększa się materiału przy zachowaniu tej samej objętości naczynia.

Największa gęstość usypowa jest dla wysokości 47cm i wynosi ona 1,3139 g/cm³

Natomiast najmniejsza porowatość jest dla najniższej wysokości 15cm i wynosi 62,02%.