PRIMENA VLAKANA NERĐAJUĆEG ČELIKA ZA SEPARACIJU AEROSOLA NASTALOG U METALOPRERAĐIVAČKOJ INDUSTRIJI

Keywords: Sredstva za hlađenje i podmazivanje -SHP sredstva, SHP aerosoli, koalescentna filtracija Metal working fluids -MWF, MWF aerosol, coalescence filtration

Oblast -ENERGETIKA I PROCESNA TEHNIKA Kratak sadržaj -Primenom sredstava za hlađenje i podmazivanje (SHP) u metaloprerađivačkoj industriji dolazi do formiranja SHP aerosola. Ovi SHP aerosoli predstavljaju opasnost po zdravlje radnika, te ih je neophodno efikasno ukloniti iz radne sredine. Koalescentna filtracija je često primenjivana metoda za uklanjanje SHP aerosola. U ovom radu ispitana je mogućnost primene vlakana od nerđajućeg čelika kao filtracionog sloja za separaciju SHP aerosola. Vlakna nerđajućeg čelika su se pokazala kao relativno dobar materijal u koalescentnoj filtraciji za ovu vrstu separacije. 

UVOD

U toku operacija obrade metalnih delova, kao što su: struganje, glodanje, brušenje, itd., dolazi do trošenja površine alata usled trenja metal o metal izazvanog kontaktom sa metalnim obratkom, kao i do zagrevanja tih površina. Da bi se smanjilo trenje i obezbedilo adekvatno hlađenje u zoni kontakta i time produžio radni vek mašine alatke i obezbedio visok kvalitet obrađenog metalnog elementa, u toku obrade nanose se sredstva za hlađenje i podmazivanje (SHP sredstva). SHP sredstva pored ovoga omogućavaju spiranje metalnih opiljaka koji se formiraju i ometaju obradu. SHP sredstva, iako imaju veoma pozitivne efekte na proces obrade metala, predstavljaju izrazito opasne materije po zdravlje radnika, zbog čega se mora voditi računa kako i pod kojim uslovima se ______________________________________________ NAPOMENA: Ovaj rad proistekao je iz master rada čiji mentor je bila dr Dunja Sokolović, vanr. prof. 
primenjuju. Pored SHP sredstava koji predstavljaju hazardne supstance, još opasniji su aerosoli koji nastaju njihovom primenom. SHP aerosoli mogu nastati na tri načina: udarom mlaza SHP sredstva o površinu kontakta, centrifugalnom silom, odnosno rotiranjem struga, ili pak isparavanjem tečnosti, odnosno njenim hlađenjem i kondenzacijom. Veličina kapi SHP aerosola kreće se u opsegu od 0,1 do 15μm. Ovako male kapi imaju mnogo veću mogućnost prodiranja duboko u disajne puteve čoveka, što može da dovede do alergijskih reakcija. Pored toga izloženost ovom SHP aerosolu dovodi do iritacije očiju i kože, respiratornih smetnji, astme, a ako izloženost truje duže vreme može izazvati čak kancer: ždrela, jednjaka, pluća, kože, bešike, pankreasa, i reproduktivnih organa [1][2][3]. Od strane Američkog ministarstva za rad "Ocupational Safety and Health Administration-OSHA" propisana granica izloženosti radnika SHP aerosolu nastalog od mineralnog ulja, iznosi 5 mg/m 3 uprosečeno na osmočasovni radni dan. Od strane "Enviromental Protection Agency-EPA" su uvedeni standardi kojima se ograničava količina aerosola koji sadrži čestice određene veličine, i to za čestice sitnije od 10 μm PM10 i čestice sitnije od 2,5 μm PM2.5 (PM-Particulate Matter), umesto ograničenja ukupne količine aerosola [1]. Radi zaštite zdravlja radnika, radne i životne okoline, neophodno je ukloniti SHP aerosol iz radne atmosfere, kao i iz otpadnog vadzuha pre ispuštanja u atmosferu. U ovu svrhu se često koristi koalescentna filtracija. Koalescentna filtracija je filtracija kod koje se pomoću adekvatno odabranog i dimenzionisanog filtracionog sloja omogućava ukrupnjavanje sitnih kapi SHP aerosola, koje nakon prolaska kroz njega imaju mogućnost da se istalože. Taloženje ovih kapi pre filtracionog sloja nije bilo moguće jer su one previše sitne, pa kao takve lebde u vazduhu [3,4]. Filtracioni sloj može biti izgrađen od granula ili pak vlakana. Mnogo ćešće se koriste vlaknasti slojevi jer je kod njih lakše menjati geometriju sloja (poroznost i permeabilnost sloja). Materijali od kojih se mogu formirati vlaknasti slojevi mogu biti različiti, od staklenih vlakana, preko različitih polimera do nerđajućeg čelika [4,5]. Cilj ovog eksperimentalnog rada bio je da se ispita mogućnost primene vlakana nerđajućeg čelika u koalescentnoj filtraciji za separaciju aerosola nastalog u metaloprerađivačkoj industriji. Filtracioni sloj je formiran od čeličnih vlakana debljine 20 µm. Ispitivana je efikasnost separacije SHP aerosola formiranog od 6% vodene emulzije. U cilju optimizovanja rada koalescera ispitivana je efikasnost separacije primenom četiri različite brzine ventilacionog vazduha: 1 m/s, 3 m/s, 4 m/s i 5 m/s. 

EKSPERIMENTALNI PROGRAM

Glavni mehanizam kojim je formiran SHP aerosol u ovom eksperimentu je delovanjem centrifugalne sile. Uticaj čvrstih čestica koje su mikronskih veličina je zanemaren. Takođe uslovi eksperimenta isključuju prisustvo plivajućeg ulja i mikroorganizama. Za potrebe realizacije eksperimentalnog programa, korišćeno je komercijalno SHP sredstvo mineralnog porekla. Za pripremu emulzije, korišćena je voda gradskog vodovoda. Kao simulator mašine alatke, korišćen je laboratorijski aerosol generator uz pomoć kojeg je formiran SHP aerosol. SHP aerosol AE06, nastao je atomiziranjem 6% vodene emulzije E. Emulzija E je formirana upotrebom navedenog SHP sredstva i temperirane vode. Filtracija je vršena u koalesceru u kojem je filtracioni sloj formiran od vlakna nerđajućeg čelika, debljine 20 µm, oznake SS20 Debljina filtracionog sloja iznosila je 5cm, dok je permeabilnosti sloja bila K01=7,56x10 -9 2 , a poroznosti 0,96. 
Eksperiment je vršen pri četiri različite brzine vazduha: 1, 3, 4 i 5 m/s. 

2.1.Metode rada i eksperimentalne tehnike

Za određivanje karakteristika aerosola, korišćen je optički spektrometar "Particle Size Analyzer PCS 2010". Karakteristike koje meri ovaj uređaj su: raspodela veličine čestica, masena i brojčana koncentracija aerosola. Merna mesta na kojim je vršeno uzorkovanje SHP aerosola su: 
1. Pre filtera -IN -"inlet" 2. Nakon filtera -AF -"after filter" Efikasnost separacije aerosola primenom koalescentne filtracije, analizirana je preko dve karakteristike SHP aerosola: 
1. masene koncentracije (Cm) 2. brojčane koncentracije (Cn) 
Efikasnost separacije računata je prema formulama ( 1 Slika 2. Efikasnost Em za sve brzine za materijal SS20 
efikasnost Em je skoro pa maksimalna, čak 99,59%. Pri daljem povećanju brzine strujanja vazduha, trend porasta se nastavlja, ali sa obrzirom da je već pri brzini od 3m/s postignuta visoka efikasnost separacije, povećanje je zanemarljivo malo. Kada je propisana granična vrednost SHP aerosola preko ukupne masene koncentracije tada radna brzina strujanja vazduha treba da bude 3 m/s. Razlika između efikasnosti praćene preko brojčane i masene koncentracije za iste uslove se može objasniti na sledeći način. Sitne kapi, manje od 1µm, imaju gotovo zanemarljivu masu pa je njihov udeo u masenoj koncentraciji mali, iako brojčana koncentracija sitnih kapi može da bude visoka. 

ZAKLJUČAK

Porastom brzine strujanja vazduha, raste i efikasnost separacije nezavisno preko koje koncentracije SHP aerosola se prati. 



  Marko Gomola rođen je u Sremskoj Mitrovici 1994. god. Master rad na Fakultetu tehničkih nauka iz oblasti Energetike i procesne tehnike odbranio je 2018.god. kontakt: markogomola@gmail.com Dunja Sokolović rođena je u Novom Sadu 1981. Doktorirala je na Tehnološkom fakultetu u Novom Sadu, UNS., a od 2017 je u zvanju vanrednog profesora na Fakultetu tehničkih nauka. Oblast interesovanja su procesna tehnika, održivi razvoj, zaštita životne sredine. 


	Kratka biografija:			
		Efikasnost dCm AEO6_SS20_5cm
		100		
		90		
		80		
		70		
	(%)	50 60		
	Em	30 40		
		20		
		10		
		0		
		1m/s	3m/s	4m/s	5m/s
		Brzina strujanja vazduha (m/s)
				3m/s, jer je pri toj brzini Em 99,59%. Dok kada je bitno
				efikasno ukloniti i najsitnije čestice SHP aerosola (≤1
				µm) tada radna brzina vazduha treba da bude 5m/s jer se u
				tom slučaju postiže najveća efikasnost separacije En
				82,53%.
				Visoka radna brzina pri uklanjanju sitnih kapi predstavlja
				ograničenje primene vlakana nerđajućeg čelika za sepa-
				raciju SHP aerosola.
				5. LITERATURA
				[1] D. Sokolović, Istraživanje fenomena aerosola
				formiranog od emulzija mineralnih i drugih ulja u
				vodi, doktorska disertacija, Univerzitet u Novom
				Sadu, Tehnološki fakultet, Novi Sad, 2012.
				[2] U.S. department of health and human services,
				Occupational exposure to metalworking fluids,
				National Institute for Occupational Safety and
				Health, Publication No. 98-116, Mart 1998.
	Pri višim brzinama je intenzivnije strujanje vazduha, što	[3] D. Sokolović, W. Höflinger, Z. Zavargo , R. Šećerov
	izaziva bolje mešanje SHP aerosola, tj. više slučajnih	Sokolović, Uticaj ventilacije komore mašine alatke
	sudara između kapi, što kao rezultat ima veći broj	na osobine SHP aerosola, Hemijska industrija, 2012,
	koalesciranih (ukrupljenih) kapi. Efikasnost separacije	66(1), 67-77.
	praćene preko brojčane koncentracije je znatno manja,	
	nego kada se ona prati preko masene koncentracije.		[4] D. Govedarica, D. Sokolović, Separacija emulzija
	Primera radi pri brzini od 1 m/s En je 35, 33%, dok je Em 92,31%. Ove se dešava, zbog toga jer sitne kapi imaju malu masu, koja ne figuriše značajno u masenoj	koalescencijom u sloju vlakana, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet Tehničkih nauka, Novi Sad 2014.
	koncentraciji, dok to nije slučaj kada je brojčana koncentracija upitanju.	[5] S. U. Patel, Improving performance and drainage of coalescing filters, doktorska disertacija, The University of
	Vlakana nerđajućeg čelika pokazala su se kao relativno	Akron, Akron, 2010.
	dobar materijal za separaciju SHP aerosola. Kada je bitno	
	postići propisanu granicu ukupne masene koncentracije	
	SHP aerosola, onda radna brzina vazduha treba da bude
PRIMENA VLAKANA NERĐAJUĆEG ČELIKA ZA SEPARACIJU AEROSOLA NASTALOG U METALOPRERAĐIVAČKOJ INDUSTRIJI