- إنشاء منظومة تنظيف المحركات الصناعية المعطوبة

Abstract

تتلخص فكرة البحث بناء منظومة تنظيف المحركات المعطوبة باستخدام طرق كيميائية جديدة محليا" والتخلي عن الطريقة القديمة التي تعتمد شعلة اللهب لما لها من تأثيرات سلبية على صفائح الحديد الكهربائي وهي شرائح من الحديد ذي مواصفات فيزيائية خاصة يقطع الى صفائح دائرية ذات فتحات داخلية تشبه حدوة الفرس متقاربة مع بعضها تسمح بمرور الملفات النحاسيه خلالها وهذه الصفائح مطلية بمادة عازلة من الجهتين بسمك (3-0.5) مايكرون . تجمع اعداد مناسبة منها وحسب تصميم المحرك وتثبت بلحام نقطي لتؤلف الجزء الثابت أو الدوار ويصنع المحرك بهذه الطريقة وذلك لتلافي حدوث التيارات الدوامة والهسترة التي تقلل من كفاءة المحرك , إن استخدام الحرارة العالية المباشرة لحرق الملفات المعطوبة الموجودة داخل الجزء الثابت سيتلف الحديد الكهربائي للمحرك وذلك من خلال تأثيرها على مواصفاته الفيزيائية وبالتالي على كفاءته وعمره الافتراضي وامكانية صيانته . البحث إستغنى عن غاز البروبان بصورة نهائية واعتمد على حوض القاعدة , أما المحركات المصنوعة ابدانها من الألمنيوم فهناك محاذير من تنظيفها بالقاعدة لأنها تؤدي الى تلف البدن بسبب التآكل ( corrosion ) . فكرة البحث تصنيع حوض حديدي بإبعاد مناسبة تتناسب وإحجام المحركات المراد تنظيفها وهويحوي شبكة أنابيب نوع فولاذ (Stainless Steel) ترفع درجة حرارة المحلول القاعدي (هيدروكسيد الصوديوم) بواسطة بخار الماء الحار المار من خلال هذه الشبكة , يكون تركيز المحلول بالحوض (60 غم / لتر) وتتألف بقية اجزاء الحوض من انابيب ماء لملء الخزان بالماء واخرى لتفريغه وانبوب لتفريغ الابخرة المتكونة فوق المحلول الى خارج موقع العمل عن طريق مفرغة الهواء متصلة بدائرة سيطرة كهربائية بسيطة تحوي على (مفتاح كهربائي ومصابيح اشارة وتوصيلات), وصمامان لدخول وخروج بخار الماء الى داخل المبادل الحراري شبكة انابيب فولاذ (Stainless Steel) تقاوم ظروف العمل الخاصة , لذا فقد أستخدمت طرق كيميائية زهيدة الثمن و متوفرة بصورة مستمرة وسهلة الاستخدام لمعالجة تصلب الفارنيش , بحيث لا يؤدي استخدامها الى تلف عوازل الحديد الكهربائي .

الكلمات المفتاحية : - منظومة تنظيف المحركات ، الهيدروكسيد ، المحركات الصناعية .

المقدمة تعد المحركات الصناعية بمختلف انواعها ذات (الجهد الواطىء والعالي) عمادا" للصناعة الوطنية لانها المحرك الأساس لمختلف انواع المكائن الصناعية وبدونها لاتعمل أية ماكنة كهربائية . وهي بطبيعة الحال عرضة للعطل الفجائي وإن صيانتها ذات جدوى اقتصادية كبيرة وذلك لارتفاع اسعارها وندرة البعض منها وصعوبة الحصول عليها من الاسواق المحلية . ان عطلها قد يؤدي الى توقف خطوط انتاجية اوعمليات انتاجية كبيرة بمختلف المجالات الصناعية او الخدمية . لذا فأن وجود ورش صناعية متخصصة في صيانة تلك المحركات محتوية على كل الامكانيات الفنية المتاحة ضرورة حتمية لديمومة عمل المعامل والشركات وكثيرمن الدوائر الخدمية .

ولفهم فكرة البحث يجب ان تؤخذ معلومات أولية عن المشكلة التي تعالج في هذا البحث . حيث ان المحركات الصناعية ( عند تصنيعها ) تغطس بمادة الفارنيش الذي يعطيها الصلابة المطلوبة والعزل الكهربائي الجيد للملفات النحاسية للمحرك بعد ان يجف . ولكن عند عطل المحرك ومحاولة صيانته واعادته للعمل يتطلب تنظيف وازالة الملفات التي اصابها العطب جهدا" كبيرا"ووقتا"اكثر وضررا" للمحرك. أن الطرق المتبعة سابقا" لتنظيف المحركات المعطوبة كانت تضر المحرك وتقلل من كفاءته وتجعله عرضة للعطل مرة اخرى . لقد عالج هذا البحث مشكلة استخراج الملفات المتصلبة من داخل الجزء الثابت للمحرك دون التأثير على الخواص الفيزيائية لصفائح الحديد الكهربائي المكونة للجزء الثابت للمحرك من خلال استخدام محاليل قاعدية لاتؤثر على عوازل صفائح الحديد الكهربائي وتستهدف الفارنيش الذي يعطي الصلابة للملفات من خلال تفاعل كيمائي بوجود الحرارة كعامل مساعد على التفاعل. والفارنيش هو مادة بوليمرية صمغية تستخدم كأساس للأصباغ كما تستخدم مادة عازلة للأسلاك لأنها تمتاز كونها من البوليمرات غير مطاوعة للحرارة وتتبلمر بلمرة زجاجية وتصبح مادة تشبه الزجاج عند تصلبها وغير موصلة للتيار الكهربائي وتمتاز بعازلية كهربائية عالية وتوجد أنواع منها : راتنجات فينولية أو فينول فورمالديهايد وبولي الاثيلين ( راتنجات Resin) . أما المادة المستخدمة في هذه الشركةهي بولي فينول استر ذات تركيب كيمياوي كما في المعادلة رقم ( 1 ) ادناه :

ويمتاز بأنه من اللواصق ذات الأوزان الجزيئية القليلة وان هذا النوع عند التصلب يأخذ شكل التزجزج ( أي بوليمر زجاجي ) شفاف وتوجد في هذه الأنواع من البوليمرات قوى رابطة منها : 1- قوى فاندر فالز وهي قوى قطبية بينية تربط البوليمرات أو السلاسل البوليمرية مع بعضها . 2- قوى أواصر هيدروجينية تنتج من فرق الجهد عند وجود قطب جزئي أي شحنة جزئية أي سالب ضعيف أو موجب ضعيف هي قوى تربط البوليمر عن طريق الهيدروجين بالأوكسجين آصرة هيدروجينية . ( O_--------H+( 3- أواصر أيونية كالتي تربط الذرة الموجبة بالذرة السالبة عندما تكون مشحونة بشكل كامل هي قوى ايونيه كاملة . 4 - أواصر تساهمية هي قوى ناتجة عن مساهمة كل ذرة بإلكترون أو أكثر لحصول هذه الآصرة وهي قوى رابطة قوية توجد في المركبات العضوية الكاربونية ليكون التشبع تام . وهذه القوى الرابطة تعمل مجتمعة على ربط السلاسل البوليمرية مع بعضها وتؤثر بالنهاية على جعل المادة ذات كثافة عالية أو قليلة حسب قوة الربط في البوليمرات عالية الكثافة تكون قوية جدا , توجد معظم هذه الروابط التي تعطي الفارنيش كثافته وتصلبه عند تسخينه , فعند تسخين الفارنيش إلى الدرجة المطلوبة تتبخر المذيبات فيتبلمر بلمرة زجاجية ويتماسك ويصبح من الصعوبة ازالته الا بطريقة حرقه أو إذابته بمذيب قوي مع التسخين كي يعمل على تكسير الأواصر الرابطة .

الجزء العملي أختبر هذا الجزء عمل المنظومة على نموذج مصغر لتلافي أخطاء التصميم النهائية , إذ جرى اختبار عمل المنظومة وبنجاح في حوض صغير , صنع حوض حديدي بابعاد تتناسب واحجام المحركات واوزانها الكبيرة وذات سمك كبير يقاوم التآكل والصدأ , صنع مبادل حراري بخاري من شبكة انابيب فولاذ ( ( Stainless steel ووضع محلول هيدروكسيد الصوديوم داخل الحوض الحديد لتعطي الحرارة كعامل مساعد على التفاعل الكيمياوي بين الفارنيش المتصلب على الملفات المعطوبة للمحرك . 1- غطس المحرك بمحلول قاعدي (NaOH)هيدروكسيد الصوديوم بتركيز (60 غم / لتر) وبدرجة حرارة الغليان . استخدم الهيدروكسيد كأحد المذيبات للمواد العضوية (ومختبريا" تستخدم القاعدة كمذيب عند التشخيص العضوي ) وتعمل القاعدة على التأثير على المراكز الفعالة كما موضح في المعادلة رقم ( 2 ) ادناه :

تحدث عملية كسر للأواصر الرابطة وتكسر السلسلة الرابطة ويقل كثافته الوزن الجزيئي وتصبح عملية التكسير وتحويل إلى (مونمر) سلسلة كاربونية احادية ذي تماسك قليل بفعل الحرارة والتركيز القاعدي , وبالتالي تنتج أملاح الصوديوم والمعروف ان الفينول هو مادة ذات تأثير حامضي يتفاعل مع القاعدة وينتج أملاح وتكسر السلسلة البوليمرية كما في المعادلة رقم ( 3 ) أدناه :

ان الاملاح الناتجة يمكن إزالتها من المحرك بعد عملية إزالة الفارنيش وذلك بغسله بمادة محلول حامض ضعيف بوليمر وغسله جيدا بماء مغلي او استخدام أي حامض ذي تكافؤ عالي أو ضعيف التأثير على المعادن أو الحديد مثل حامض البوريك أو استخدام كاربونات الصوديوم وغسله جيدا باستخدام الماء المغلي لإزالة أي تأثير ملحي على الحديد الكهربائي , وإذا كان هناك تخوف من إزالة المادة العازلة للحديد الكهربائي فان قوة لصق الجزء الثابت للمحرك تمنع تخلخل القاعدة بين طبقات الحديد الكهربائي وبالتالي عدم إذابة هذه المادة العازلة بين الطبقات , اما السطح الخارجي والجوانب يمكن اعادة طلائها بتغطيسها بالفارنيش مرة أخرى لإعطائها طبقة عازلة بعد إزالة الأسلاك وبالتالي يتجنب استخدام طريقة الحرق المستخدمة التي تؤدي الى تلف الحديد الكهربائي وتغيير تركيب المعدن وتشوه في البدن والجزء الثابت للمحرك وتؤدي إلى مضار بيئية وصحية على العاملين , وكذلك تؤثر على تركيب وشكل المنتج وقد تؤدي إلى تلف بمادة المحرك ومعدنه .

النتائج والمناقشة بعد اختبار عمل المنظومة لأكثر من نموذج من المحركات وجد أن فعالية عملها يعتمد بالدرجة الأساس على عاملين مهمين هما : 1- درجة الحرارة : أن تأثير درجة الحرارة وهي العامل المساعد الرئيس على التفاعل وبدونها تصبح عملية التنظيف غير ذات جدوى حيث لا يستطيع هيدروكسيد الصوديوم لوحده دون عامل مساعد من إذابة الفارنيش , إذ إن التفاعل يكون في درجة حرارة تصل إلى (60 م °) وأكثروكلما

زادت درجة حرارة المحلول زادت سرعة التفاعل وجودة التنظيف إلى أن يبدأ الفارنيش بالتقشر والتكسر بعد عبور درجة الحرارة حد تحمل الفارنيش , لكن هذا يجب ان يكون تحت ضغط جوي عادي بعد إحكام غلق الحوض لمنع تبخر الماء المذيب لهيدروكسيد الصوديوم الذي يتصاعد من الحوض بعد وصول درجة الحرارة ( 100 م°) وشكل رقم (1) يوضح تلك العلاقة .

ملاحظة :

تزداد سرعة تفكك البوليمر بأزدياد درجة حرارة المحلول

زمن التفاعل (ساعة ) 1 2 3 4 5 6 شكل رقم (1) يبين علاقة درجة الحرارة بالزمن و تأثيرها على زمن التفاعل

2- تركيز المحلول : من خلال مبدأ التجربة والخطأ اعتمد تركيز المحلول بنسبة (60 غم / لتر) إذ يمزج المحلول بداخل نفس الحوض , وأثناء التجارب الأولية لوحظت العلاقة الوثيقة بين سرعة عملية التفاعل ودرجة تركيز المحلول وشكل رقم (2) يوضح تلك العلاقة , إذ أنه بزيادة التركيز مع الزمن يصبح المحلول ذا تأثير وفعالية عالية في عملية التنظيف إلى أن يصل المحلول إلى حالة التشبع بعدها تصبح فعاليته ثابتة مع الزمن .

ملاحظة: يزداد تركيز المادة الناتجة من تفكك البوليمر بزيادة تركيز محلول هيدروكسيد الصوديوم NaOH))

بعد ان يصل المحلول الى درجة التشبع . تصبح فعاليته ثابتة ........................

زمن التفاعل (ساعة )

شكل رقم (2) علاقة التركيز بالزمن وتأثيرها على زمن التفاعل

الاستنتاجات والتوصيات لضمان عمل المنظومة بصورة مستمرة وفاعلة يجب مراعاة تحسين عملها وذلك بأتباع ما يأتي : 1- ( مسخنات كهربائية خزفية) :- يجب وضع مسخنات خزفية مقاومة للتآكل في زوايا الحوض لضمان فعالية عمل المنظومة إذ أن المبادل الحراري البخاري بطيء العمل ويعتمد عمله كليا" على بخار الماء الواصل من المراجل وهو بدرجة حرارة واطئة لا تفي بالغرض المطلوب بسبب التسرب الموجود في الأنابيب الناقلة وهبوط كفاءة المراجل لتقادمها , لذا أن وجود مسخنات خزفية يؤمن ثبات درجة حرارة المحلول بصورة دائمة وسريعة (كلفتها عالية وعدم وجود تخصيص مالي علما" انها تحتاج الى تيار كهربائي عالي لذا لم يتم اضافتها ) . 2- الخلاط الكهربائي:- من المهم وضع خلاط كهربائي داخل حوض القاعدة ليمزج المحلول أولا" واستقرار الكثافة مع الوقت ثانيا" لكي يعمل المحلول المتحرك على تنظيف وإزالة الدهون والأتربة والصدأ بصورة أسرع من المحلول الساكن ( تم اضافتها الى المنظومة ) . 3- حوض ماء جاري :- بعد إكمال عملية التنظيف في المنظومة تترسب طبقة ملحية بيضاء على سطوح المحركات وفي حالة بقائها تتلف العوازل الجديدة لذا يجب وضع حوض ماء كبير قرب المنظومة لغسل وتنظيف المحركات من بقايا تلك الأملاح ويحوي حوض الماء على أنابيب الماء لضمان بقاء الماء نظيفا ( تم اضافتها الى المنظومة ) . 4- يجب قياس تركيز المحلول باستمرار لاختلاف تركيزه بين فترة وأخرى بسبب تبخر الماء لذا يجب إيصال أنبوب ماء داخل الحوض لتعويض النقص الحاصل بكمية المحلول وتركيزه . 5- أن هذه المنظومة لايمكن استخدامها للمحركات المصنوعة أبدانها من الألمنيوم حيث إن تلك الأبدان تذوب بتأثير المحلول لذا يجب عدم تنظيف تلك المحركات بهذه الطريقة والتي تحتاج الى فرن حرق خاص تصل درجة حرارته الى (120 م°( . 6- بالنسبة لمعالجة المحلول المتبقي بعد عملية التنظيف وبعد استخدامه لأكثر من اربعة اشهر فيتم تنظيف المنظومة وذلك بغسلها بكميات كبيرة من الماء لتقليل تركيز المحلول مع العلم انه قليل السمية فهو يدخل في صناعة المنظفات المنزلية .

المصادر 1 - المكائن الكهربائية . تأليف الدكتور محمد زكي محمد/دار الكتب للطباعة - جامعة الموصل (الطبعة الثالثة / 2010) , صفحة رقم )1, 2 , 3 ) . 2 - تقرير منظمة بازل حول صناعة الإصباغ - الإصدار الرابع / 2011 , صفحة رقم ( 8 ) . 3 - تفتيش وصناعة البويات / المركز القومي للبيئة والسيطرة النوعية - الإصدار الثاني / 2009 , صفحة رقم ( 9 ) . 4 - الكيمياء العضوية . تأليف : الدكتور جواد الحبيب - الدكتورة صائبة صادق / جامعة الكوفة - كلية العلوم ( الطبعة الثانية / 2008 ) , صفحة رقم (10 ) . 5 - الكيمياء الصناعية البتروكيمياوية . تأليف الدكتور صلاح عسكر (الطبعة الثالثة / 2010) , صفحة رقم ( 3 ) .