Działanie siły odśrodkowej w miodarce promienistej
Siła odśrodkowa jest zjawiskiem fizycznym, towarzyszy
ruchowi obrotowemu i tylko wtedy występuje. W czasie wykonywania ruchu siła ta zwrócona jest w kierunku od osi obrotu. Zjawisko jej działania wykorzystane zostało w miodarce do wirowania miodu. Prawdopodobnie odkrycia tego dokonano przypadkowo. Historia głosi, że miód wyciekł z plastrów podczas przenoszenia ich w worku obracanym przez dziecko.
Wyciągnięte z tej okoliczności wnioski pozwoliły skonstruować miodarkę. Wynalezienie tego urządzenia przyniosło duży postęp w gospodarce pasiecznej, umożliwiło pozyskiwanie miodu bez niszczenia plastrów, a w związku z tym wielokrotne ich wykorzystanie.
Pierwsza miodarka
Wnętrze miodarki promienistej wykonane w pracowni pasiecznej
Technikum PszczelarskiegoPierwszą miodarkę zademonstrował w roku 1865 czeski pszczelarz Franciszek Hruszka. Można było wirować w niej miód z jednego plastra. Podczas wirowania obracało się całą miodarką razem z plastrem włożonym do niej. Szybko konstrukcja ta została udoskonalona poprzez zastosowanie bębna nieruchomego, wewnątrz zastosowany został wirnik na dwa plastry, napędzany przy pomocy korby i przekładni pasowej.
Dzisiejsze miodarki
Dzisiejsze miodarki niewiele się różnią, jeżeli chodzi o zasadę działania. Jednak zdecydowanie inaczej wyglądają, gdyż do ich produkcji stosuje się inne materiały. Zwykła blacha stalowa lub drewno zastąpiła stal kwasoodporna z dodatkiem chromu i niklu. Urządzenia wykonane z takich materiałów są droższe, ale nie wchodzą w reakcję z miodem, którego odczyn jest słabo kwaśny i rozpuszcza metale takie jak żelazo czy cynk, które przedostają się do miodu. Z tych względów dzisiaj standardem w produkcji urządzeń do pozyskiwania miodu jest stal kwasoodporna.
W niniejszych rozważaniach spróbujemy zwrócić uwagę na konstrukcję i zjawiska fizyczne wykorzystane przy budowie miodarki.
Rodzaje miodarek
W zależności od układu plastrów miodarki możemy podzielić na:
- hordialne (obwodowe, tangensowe), siła odśrodkowa działa prostopadle do płaszczyzny plastra i prawie jednakowo na całą jego powierzchnię, wirowanie wymaga odwracania plastrów, mogą pomieścić maksymalnie 6 plastrów.
- radialne (promieniste), siła odśrodkowa działa wzdłuż promienia, równolegle do powierzchni plastrów, odwirowywanie odbywa się równocześnie z obydwu stron plastra, kosz tej miodarki może pomieścić do kilkudziesięciu plastrów.
- semiradialne, plastry ustawione są w ruchomych kasetach pod kątem mniejszym niż 90 stopni do promienia wirnika. Podczas obracania się wirnika w jednym kierunku odwirowywana jest jedna strona plastra, po zmianie kierunku obrotów, wahadłowo zamocowane kasety samoczynnie ustawiają się pod tym samym kątem po przeciwnej stronie promieni i odwirowuje się druga strona plastra.
Ze względu na sposób ustawienia wirnika miodarki możemy podzielić na dwie grupy:
- wirnik pracuje w pozycji pionowej
- wirnik pracuje w pozycji poziomej
W Polsce spotyka się głównie miodarki, gdzie wirnik ustawiony jest w pozycji pionowej, napełnianie i opróżnianie plastrami takiej miodarki odbywa się ręcznie.
W miodarkach z wirnikiem obracającym się poziomo łatwiej jest zmechanizować jej napełnianie i opróżnianie, dlatego stosowane są w bardzo dużych pasiekach towarowych, np. w Ameryce.
Miodarki promieniste
W miodarce promienistej plaster ustawiony jest swoją środkową ścianą wzdłuż promienia czyli w kierunku działania siły odśrodkowej. Komórki są zwrócone w lewo i w prawo z odchyleniem w kierunku działania siły odśrodkowej, czyli na zewnątrz. Odchylenie to jest niewielkie. W pobliżu ścianki środkowej, czyli denek komórek kąt wychylenia wynosi 4-5 stopni.
Plastry z miodem po odsklepieniu wstawiamy do miodarki i wprawiając wirnik (bęben) w ruch obrotowy wytwarzamy siłę odśrodkową, która wyrzuca miód z komórek.
Siła odśrodkowa
Siła odśrodkowa powstaje przy wirowaniu ciała materialnego dookoła osi. Ciało dąży od środka obrotu w przestrzeń zewnętrzną.
W ciałach stałych zależności te nie dają się zauważyć, natomiast cząstki cieczy energicznie odlatują np. woda od kół samochodu, a w naszym przypadku miód z plastrów.
Wylatywanie substancji płynnych pod wpływem siły odśrodkowej zależne jest od sił wewnętrznych spajających poszczególne komórki. Objawia się to tzw. lepkością – w przypadku miodu jest ona stosunkowo duża i zależy w dużym stopniu od zawartości wody. Wymaga to użycia większej siły odśrodkowej. Stąd miód niedojrzały łatwiej wylatuje niż miód dojrzały, który jest gęściejszy. Na lepkość ma również wpływ temperatura, im jest wyższa tym lepkość mniejsza. Dlatego łatwiej wylatuje z plastrów miód ciepły, ale wyższa temperatura osłabia istotnie woskowy plaster.
Siła odśrodkowa formuje się przy współuczestnictwie następujących trzech czynników:
- m – masy wirującego ciała,
- r – jego odległości od osi obrotu (wielkości promienia),
- k – od szybkości kątowej (liczba obrotów na minutę).
Siłę odśrodkową wyraża się następującym wzorem:
F = m r k 2
Powyższy wzór możemy zinterpretować w następujący sposób:
- im większa masa ciała (m) tym większa siła odśrodkowa
- im większy promień (r) tym większa siła odśrodkowa
- przy rosnącej prędkości kątowej (k) siła odśrodkowa rośnie do kwadratu, a więc znacznie. Na przykład przy nadaniu wirnikowi 100 obrotów na minutę wywiąże się pewna siła odśrodkowa. Po zwiększeniu obrotów do 200, a więc 2 razy, siła odśrodkowa rośnie 4 razy. Zwiększając obroty 3-krotnie do 300 obrotów siła odśrodkowa rośnie 9-krotnie.
Siła odśrodkowa w miodarce promienistej rozłożona jest nierównomiernie, zależy od wielkości promienia, im większy promień tym większa siła. W górnej części plastra jest ona znacznie większa niż w dolnej. Wynika stąd, że miód szybciej wyleci z części plastra bardziej oddalonej od osi obrotu, w tej sytuacji w górnej części plastra. Aby plaster został wywirowany równomiernie na całej powierzchni obroty powinny być zwiększane w miarę wylatywania miodu. Oczywiście czas wirowania wydłuża się, w innym przypadku przy dużej ilości miodu plastry mogą zostać wyrwane z ramek. Przy stosowaniu miodarek promienistych zaleca się gęściejsze drutowanie ramek i stosowanie grubszego drutu, wtedy plaster jest znacznie mocniejszy a jego wyrwanie jest utrudnione. Ponadto plaster powinien wypełniać ramkę w całości (chodzi o przymocowanie plastra do dolnej beleczki). Należy o tym pamiętać na etapie wtapiania węzy (powinna dotykać dolnej beleczki). Pszczoły wolną przestrzeń w górnej części plastra zawsze zabudują, w dolnej niekoniecznie, przez co łatwiej może się on wyrwać w czasie wirowania. Plastry w miodarce promienistej nie mają oparcia a opory są znaczne. Dlatego wirowanie rozpoczyna się przy obrotach niezbyt dużych, zwiększając je w miarę wylatywania miodu z plastrów. I tak słabe, świeżo odbudowane plastry wypełnione dużą ilością miodu często wypadają w trakcie wirowania.
Średnica beczki we wszystkich typach miodarek będzie zależeć od wielkości plastra i ilości plastrów, które mają być wirowane jednorazowo. W miodarkach tradycyjnych obwodowych najczęściej mieszczą się 3-4 plastry. Miodarki tego typu rzadko spotyka się na większą ilość plastrów, gdyż wzrasta znacznie średnica beczki, natomiast wydajność miodarki maleje.
W miodarkach promienistych pojemność beczki wypełniona jest inaczej. Najczęściej miodarki promieniste wykorzystuje się do wirowania plastrów o mniejszej wysokości. Mieści się ich wtedy odpowiednio dużo, a plastry nie wypadają.
Miodarka promienista może pomieścić kilkadziesiąt plastrów, w mniejszych miodarkach jest ich 36, w większych nawet 72. Jeżeli plastry wypełnione są miodem stanowi to znaczącą masę, która puszczona w ruch wytwarza ogromną siłę działającą na całą masę miodarki. Dlatego jej konstrukcja powinna być odpowiednio mocna i stabilna. Wirnik miodarki promienistej najczęściej jest osadzony w łożyskach kulkowych. Górne łożysko jest mocowane w górnej listwie zamykającej całą konstrukcję. Dolne przenosi nie tylko obroty, ale i duże naciski, dlatego jest o innej konstrukcji, jest to łożysko tzw. oporowe.
Miodarka napędzana jest silnikiem elektrycznym przez przekładnię pasową, silnik umocowany jest wahliwie, co umożliwia regulację napięcia paska klinowego. Miodarka powinna mieć możliwość płynnej zmiany obrotów od zera do kilkuset, a przy tym występuje zmienne obciążenie – duże przy rozpoczynaniu wirowania i coraz mniejsze w miarę wylatywania miodu. Regulacji obrotów można dokonać w różny sposób, spotykanych jest wiele rozwiązań, najnowsze przy pomocy urządzenia elektronicznego zwanego falownikiem.
W miodarkach promienistych prędkość wirowania jest kilka razy większa niż w miodarkach tradycyjnych.
Moc silnika zależy od jego konstrukcji i waha się od kilkudziesięciu do kilkuset watów. Czas wirowania będzie zależał od wielkości plastra, stopnia wypełnienia miodem, temperatury i rodzaju miodu. Wirowanie rozpoczyna się przy obrotach niższych i zwiększa się je w miarę wypadania miodu. Przy promienistym ustawieniu plastrów miód wypada nierównomiernie, gdyż wielkość siły odśrodkowej zależy od promienia a ten jest różny, co wynika z ustawienia plastra.
Z innych szczegółów konstrukcyjnych ważna jest pojemność przestrzeni pod plastrami na miód, powinna ona być odpowiednio duża, aby pomieścić miód, który wypływa z plastrów. Jeżeli jest zbyt mała, to jest to dość kłopotliwe, szczególnie przy gęstym miodzie. Z tych względów niektóre miodarki są wyposażone w podgrzewane dno.
Niniejsze rozważania obejmują tylko niektóre problemy związane z konstrukcją miodarki promienistej. Mogą się one przydać tym, którzy pragną wykonać miodarkę we własnym zakresie. Trzeba mieć do tego chęci oraz smykałkę do majsterkowania, a takich wśród pszczelarzy jest wielu. Zadanie wcale nie jest łatwe, ale nie na tyle trudne, by nie można było go wykonać w warunkach domowych. Satysfakcja może być duża, a i wydatek na pewno mniejszy niż przy zakupie gotowego urządzenia.
Mieczysław Janik
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
