OPTYMALIZACJA PROCESU ZRYWKI DREWNA W ASPEKCIE SKAŻENIA ŚRODOWISKA NATURALNEGO

Transkrypt

1 Inżynieria Rolnicza 13/2006 dolf Janeče *, Kazimierz Rutowsi **, Radomír damovsý *** * Česá zemědělsá univerzita v Praze, Faulta lesnicá a environmentální ** Katedra Inżynierii Rolniczej i Informatyi ademia Rolnicza w Kraowie *** Česá zemědělsá univerzita v Praze, Technicá faulta OPTYLIZCJ PROCESU ZRYWKI DREWN W SPEKCIE SKŻENI ŚRODOWISK NTURLNEGO Wstę Streszczenie W artyule rzedstawiono ratyczne wyorzystanie metody minmax rzy otymalizacji rocesów esloatacyjnych. Powyższa metodę wyorzystano w celu oreślenia otymalnej wydajności srzętu do zrywi drzewa rzy minimalnym sażeniu środowisa naturalnego. Słowa luczowe: zasada minmax, ruchome systemy energetyczne, system roducyjny, leśny eosystem, rzeliczanie szodliwych substancji Zasada minmax ma wieloierunowe zastosowanie, albowiem można rzy jej omocy wyrazić systemowe zależności między wejściem a wyjściem wielu systemów zarówno żywych i urzedmiotowionych ja też wytworzonych naturalnym bądź też sztucznym sosobem. Wejścia i wyjścia mogą mieć charater energetyczny, materialny i środowisowy. W systemach rozbudowanych są uwzględniane i rozwiązywane taże wejścia siły roboczej [Janeče 1996]. Podstawowym celem zastosowania metody minmas w rezentowanym artyule jest otymalizacja rzedsięwzięć technicznych mających na celu intensywność wystęowania antroogenicznych czynniów oddziaływujących negatywnie na środowiso. Jao otymalna zawartość emisji szodliwych czynniów uznano taie waruni racy, tóre charateryzuję się minimalną zawartością szodliwych czynniów w rzeliczeniu na jednostę roducji. 147

2 dolf Janeče, Kazimierz Rutowsi, Radomír damovsý Przy otymalizacji eologicznego systemu, jao całości, ta ja było już definiowane, wyznaczono funcję celu jao ryterium wyrażające warune owiązania zwrotnego między wydajnością źródła emitującego szodliwe czynnii dla środowisa a emisyjnym obciążeniem leśnego eosystemu. etodya Przy otymalizacji warunów esloatacji systemu ze względu na minimum zawartości szodliwych czynniów emisji salin, rzeliczonych na jednostę wydajności rzyjętego systemu, możemy rzyjąć nastęujące zależności [damovsý i in. 2006]: CLE ( m m ) V CE ( m m ) 0E 1E 0 QE SE = Q η η C 1 S. [m 3 s -1 ] (1) gdzie: m 0 E masowy ewiwalent całowitego strumienia energetycznego niezbędnego dla zabezieczenia warunów systemu roducyjnego rzed rocesem [g], m 1 E masowy ewiwalent całowitego strumienia energetycznego niezbędnego dla zabezieczenia warunów systemu roducyjnego w tracie rocesu [g], Q E wartość energetyczna nośnia energii [Jg -1 ], Q V jednostowa wartość energii, tórą należy dostarczyć do rocesu w rzeliczeniu na jednostę roducji [Jm -3 ], jednostowa masa roducyjna, tórą należy dostarczyć do rocesu w rzeliczeniu na jednostę roducji [gm -3 ], S E jednostowa zawartość szodliwych substancji rzeliczonych na energetyczny nośni o masie me m1 E m0 E, tóra wystęuje dla zabezieczenia rocesu roducji energii o wydajności W [g g -1 ], S jednostowa zawartość szodliwych substancji rzeliczonych na masowy nośni o masie = m m [g g -1 ], m 1 0 m całowita ilość masy niezbędnej dla zabezieczenia wydajności systemu roducyjnego W [g], m 0 ilość materiału niezbędna dla zabezieczenia warunów roducyjnych systemu rzed rocesem[g], 148

3 Otymalizacja rocesu zrywi drewna... m 1 ilość materiału niezbędna dla zabezieczenia warunów roducyjnych systemu w tracie rocesu[g], t czas [s], η CE ( W, W ) srawność transformacji energii na ońcowy rodut w systemie roducyjnym uwzględniający onstrucyjną i esloatacyjną wydajność W, W [-], η C srawność transformacji substancji na ońcowy rodut w systemie roducyjnym, uwzględniający onstrucyjną i esloatacyjną wydajność W, W [-]. Wydajność systemu można obliczyć: ( ) W = f W, W (2) gdzie: W wydaj noś systemu roducyjnego [m 3 s -1 ], W onstrucyjna wydaj noś systemu roducyjnego [m 3 s -1 ], W esloatacyjna wydaj noś systemu roducyjnego [m 3 s -1 ], Poszuiwanie estremum funcji odbywa się w obszarze rozwiązań douszczalnych uwzględniającym jednostową ilość szodliwych substancji w rzeliczeniu na jednostę objętości rzetwarzanej masy w zależności od onstrucyjnej wydajności W i esloatacyjnej wydajności W oreślonych równaniami: 2 2 CLE W CLE W = 0 = 0 W, ot i on- Dla obliczenia otymalnych wartości wydajności esloatacyjnej strucyjnej systemu roducyjnego osłużą nastęujące równania: η W, ot η ( W ) η ( W ) W ( W ) B CE C = 0 W 2 2, ot. CE W C W W η ηce ηc B (3) (4) (5) 149

4 dolf Janeče, Kazimierz Rutowsi, Radomír damovsý gdzie: η η ( W ) B η ( W ) W ( W ) W CE C 0 2 2, ot. CE W ηc W W ηce ηc ( m m ) Q Q 0E 1E = B = V ( m m ) 0 Q 1 E S S E B = (6) [m 3 s -1 ] (7) [m 3 s -1 ] (8) Przy rozwiązywaniu równań (5) i (6) musimy amiętać, że rzy wyborze jednego z ilu różnych systemów roducyjnych, w rocesie tórych wystęuje emisja szodliwych substancji, należy oreślić w jaim stanie się znajdują: stałym, ciełym czy gazowym. Nastęnym roiem jest rzeliczenie ich ilości na jednostę roducji. Przy wyborze należy sugerować się, czy sełnione są wymagania onstrucyjne i esloatacyjne systemu roducyjnego, oreślanego wydajnością wyniającą z onstrucji W, ot i wydajnością esloatacyjną W, ot. Powyższa forma jest uroszczona i może być stosowana w systemach roducyjnych odobnego tyu, ale o różnej onstrucyjnej wydajności. Jeśli systemy roducyjne są różnego tyu to należy utworzyć zbiory z i CLE ( W, i, W, i ), a z tych zbiorów wyodrębnić odzbiory stosując metodę suień. Równania (5, 6) mają ogólny charater i można z nich orzystać w systemach roducyjnych, w tórych wystęuje emisja zanieczyszczeń gazowych, ciełych bądź stałych. Z owodzeniem mogą być one wyorzystywane w systemach energetycznych bądź roducyjnych. W systemach roducyjnych oraz energetycznych (eletrownie i salarnie zanieczyszczeń), względnie w ojazdach mechanicznych obowiązuje zasada:»0 ; B 0 (9) W systemach roducyjnych wytwarzających roduty w oarciu o nie srzyjające czynnii eologiczne (załady aiernicze, załady chemiczne, wieloroducyjne gosodarstwa rolnicze) obowiązuje odwrotna zasada: 0, B 0 (10) 150

5 Otymalizacja rocesu zrywi drewna... Wynii i ich analiza Celem matematycznej analizy rezentowanego zagadnienia było oreślenie otymalnych esloatacyjnych wydajności zrywowych i transortowych systemów roducyjnych, rzy minimalnym sażeniu środowisa substancjami ochodzącymi z transortu energii i masy, biorących udział w transformacji rowadzącej do ońcowego wyrobu. Oracowane modele zostały zweryfiowane w warunach esloatacyjnych z wyorzystaniem zestawu do zrywi drzewa FG 678 INI. Wynii badań rzedstawiono na rysunach 1-3. nalizując wynii zauważa się, że funcje jednostowego stężenia emisji związów tosycznych osiągają zawsze swoje minimum. Otymalna wydajność esloatacyjna ulega wahaniom w zależności minimalizowanej emisji sładnia: dla : NC x 1470 m 3 mies. -1-1, SO m 3 mies. -1 a dla NO x 2100 m 3 mies. Wybór wydajności zestawu do zrywi drzewa zależy od oddziaływania emitowanych związów na otaczający eosystem. Procentowe wielości odchyłe emitowanych związów, w zależności od wydajności zestawu do trzebieży drewna, rzedstawiono w tab. 1. Rys. 1. Fig. 1. Wielość emisji NC x w zależności od wydajności W zestawu zrywowego FG 678 INI The amount of NC x emission versus logging assembly FG 678 INI caacity W 151

6 dolf Janeče, Kazimierz Rutowsi, Radomír damovsý Rys. 2. Fig. 2. Wielość emisji SO 2 w zależności od wydajności W zestawu zrywowego FG 678 INI The amount of SO 2 emission versus logging assembly FG 678 INI caacity W Rys. 3. Fig. 3. Wielość emisji NO x w zależności od wydajności W zestawu zrywowego FG 678 INI The amount of NO x emission versus logging assembly FG 678 INI caacity W 152

7 Otymalizacja rocesu zrywi drewna... Tabela 1: Wahania wartości emitowanych związów NC x, SO 2, NO x rzy różnych wydajnościach W zestawu zrywowego FG 678 INI Table 1. Variations of NC x, SO 2, NO x emission yield at different logging assembly FG 678 INI caacities W W NC x SO 2 NO x minimum [g m -3 ] [m 3 mies. -1 ] 7,79 1,00 0,25 odchyła od minimum v % ,19 0,02 11, , , ,07 9, ,01 0,08 9, ,05 0,31 7, ,07 0,69 5, ,36 1,24 4, ,82 1,94 3, ,44 2,81 2, ,32 3,85 1, ,14 5,04 0 Podsumowanie Emiryczna weryfiacja rezentowanego modelu matematycznego, otwierdziła, że na jego odstawie, dla oreślonych warunów, można wyznaczyć otymalną wartość funcji celu. Rozwiązanie rezentowanego modelu umożliwia otymalizację czynności systemu roducyjnego, z zachowaniem minimalnej emisji szodliwych związów w rzeliczeniu na jednostę roducji oraz uzysanie odstawowych informacji dotyczących transformacji danego systemu roducyjnego na system rzyjazny środowisu eologiczny. Bibliografia Janeče nalýza vztahů mezi rovozní a onstruční výonností LVS a měrnou energií. LF ČZU Praha, 70 s. 153

8 dolf Janeče, Kazimierz Rutowsi, Radomír damovsý damovsý R., Janeče., ileš Otimální řešení aloace investic v lesních eosystémech od zatížením cizorodými látami. In Trendy lesnícej, drevárséj a environmentálnej techniy a jej aliácie vo výrobnom rocese. Secia č.3, Technico výrobný manažment a rizia v riemysle. Technicá univerzita vo Zvolene, Faulta environmentálnéj a vyrobnej techniy. 1. vydání. Zvolen, s ISBN OPTIIZTION OF THE LOGGING PROCESS IN THE SPECT OF NTURL ENVIRONENT CONTINTION Summary The article focuses on minimax rincile alication to otimal oerational erformance assessment of logging roduction systems. The oerational erformance otimum values are defined on condition minimizing extraneous substances roduction during energy and material flows. Key words: rincile of minimax; mobile energy systems, roduction system, forest ecosystem, extraneus substances transfer 154