IMPACTUL MATERIALELOR COMPOZITE

Universitatea Tehnică de

Construcții București

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ

DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICĂ ŞI PROTECŢIA MEDIULUI

IMPACTUL MATERIALELOR COMPOZITE

UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚII ASUPRA

MEDIULUI

TEZĂ DE DOCTORAT

Doctorand:

ing. Olimpia Iuliana NICOLAE

Conducător științific:

Prof. univ. dr. ing. Ioan BICA

București 2013

Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 2

Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de

pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul Burse doctorale pentru

ingineria mediului construit, cod POSDRU/107/1.5/S/76896, beneficiar UTCB,

proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor

Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naţional şi

cofinanţat de către Universitateă Tehnică de Construcţii Bucureşti.

Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului

Cuvânt înainte 3

CUVÂNT ÎNAINTE

Teza de doctorat intitulată ”Impactul materialelor compozite utilizate în

construcţii” a fost realizată în cadrul Departamentului de Hidraulică şi Protecţia

Mediului a Facultăţii de Hidrotehnică, Universitatea Tehnică de Construcţii

Bucureşti, unde am fost admisă ca doctorand în perioada 2010-2013.

Tema prezentei lucrări a luat naştere plecând de la problemele de mediu

produse de gazele cu efect de seră și schimbările climatice care apar în urma

eliberări acestora în atmosferă.

Necesitatea elaborării unor materiale noi şi a unor tehnologii neconvenţionale a

fost determinată nu numai de motive economice şi sociale, dar şi de faptul că în

condiţiile dezvoltării exponenţiale a producţiei, a apărut o criză foarte puternică

de surse de materii prime şi energetice, odată cu creşterea agresiunii oamenilor

faţă de mediul înconjurător.

Scopul principal al tezei de doctorat l-a constituit elaborarea unui model pentru

determinarea amprentei de carbon funcţie de energia consumată pentru

producerea anumitor elemente de construcţie.

Doresc sa multumesc calduros şi să-mi exprim întreaga recunoştinţă şi stima

faţa de domnul profesor doctor inginer Ioan BICA, care, în calitate de

conducător ştiinţific mi-a acordat un sprijin deosebit pe parcursul pregătirii şi

susţinerii examenelor şi rapoartelor de cercetare, în perioada elaborări tezei de

doctorat şi în activitatea mea profesională.

Mulţumesc în mod special domnului conf. dr. ing. Alexandru DIMACHE și

domnului sef lucrări dr. ing. Iulian IANCU, atât pentru sprijinul şi înţelegerea

acordată în vederea realizării acestei lucrări cât şi pentru îndrumarea ştiinţifică

competentă pe parcursul programului de doctorat.

Mulţumesc membrilor Departamentului de Hidraulică şi Protecţia Mediului din

cadrul Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, in special domului prof.

dr. ing. Liviu HASEGAN si dlui. prof. dr. ing. Virgil PETRESCU pentru

observaţiile şi aprecierile făcute cu ocazia prezentărilor referatelor şi

examenelor de doctorat, pentru increderea si suportul moral acordat.


Mulţumesc distinşilor membri ai Comisiei de Doctorat pentru bunăvoinţa si

răbdarea cu care mi-au analizat teza, pentru acceptul de participare în Comisia

de susţinere a tezei şi pentru observaţiile si sugestiile acordate.

Doresc sa multumesc tuturor profesorilor, specialistilor, colegilor, partenerilor

şi prietenilor cu care am interactionat de-a lungul anilor şi care au contribuit la

formarea mea profesională.

În final doresc să mulţumesc familiei, în special surori mele Aura NICOLAE

pentru sprijinul constant, înţelegerea şi răbdarea de care a dat dovadă în toată

această perioadă de timp.


Cuprins 5

CUPRINS

Cuvânt înainte .......................................................................................................................... 3

1. Introducere ...................................................................................................................... 12

1.1. Problematica impactului materialelor compozite asupra mediului şi factorului uman

13

2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile .................................................... 15

2.1. Conceptul de material compozit ................................................................................ 15

2.2. Avantajele şi dezavantajele utilizării materialelor compozite ................................... 17

2.3. Diversitatea materialelor ........................................................................................... 19

2.3.1. Clasificarea materialelor compozite .................................................................. 21

2.3.2. Caracterul interdisciplinar al materialelor compozite ........................................ 22

2.4. Utilizarea materialelor compozite ............................................................................. 23

2.4.1. Domeniul construcției automobilelor ................................................................ 24

2.4.2. Domeniul construcţiilor navale .......................................................................... 24

2.4.3. Domeniul aerospaţial ......................................................................................... 25

2.4.4. Domeniul electronicii şi telecomunicaţiilor ....................................................... 25

2.4.5. Domeniul medical .............................................................................................. 25

2.4.6. Domeniul chimic ................................................................................................ 26

2.4.7. Domeniul sport – agrement ................................................................................ 26

2.4.8. Domeniul construcțiilor ..................................................................................... 26

3. Structura materialelor compozite ................................................................................. 30

3.1. Alcătuirea materialelor compozite ............................................................................ 30


3.2. Matricea structurală a materialelor compozite .......................................................... 31

3.2.1. Funcţiunile matricei structurale ......................................................................... 32

3.2.2. Clasificarea materialelor compozite în funcţie de matricea structurală ............. 33

3.3. Armătura.................................................................................................................... 34

3.4. Funcţiile îndeplinite de fibre ..................................................................................... 36

3.4.1. Alura armăturii ţesute ........................................................................................ 37

4. Ciclul de viaţă al materialelor ....................................................................................... 40

4.1. Introducere ................................................................................................................ 40

4.2. Metode de evaluare a ciclului de viata ...................................................................... 53

5. Determinarea amprentei de carbon în ciclul de viață al materialelor de construcție

64

5.1. Concept şi modalităţi de calcul ................................................................................. 64

5.1.1. Gazele cu efect de seră ....................................................................................... 66

5.1.2. Efectul de seră .................................................................................................... 68

5.2. Analiza amprentei de carbon pe durata vieţii în cazul paletelor eoliene realizate din

materiale traditionale şi compozite ...................................................................................... 69

5.3. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie pentru fiecare

etapă din ciclul de viaţă al unei palete eoliene ..................................................................... 76

5.3.1. Producerea materialelor componente ale unei palete eoliene ............................ 80

5.3.2. Fabricarea paletei eoliene .................................................................................. 82

5.3.3. Transportul paletei eoliene ................................................................................. 83

5.3.4. Post-utilizarea paletei eoliene ............................................................................ 84

5.4. Concluzii ................................................................................................................... 85

5.4.1. Paleta eoliană din lemn ...................................................................................... 86

5.4.2. Paleta eoliană din aluminiu ................................................................................ 90

5.4.3. Paleta eoliana din oțel ........................................................................................ 94

5.4.4. Paleta eoliană din fibră de sticlă ........................................................................ 95

5.4.5. Paleta eoliană din fibră de carbon ...................................................................... 98

6. Evaluarea impactului materialelor de construcții asupra mediuluiError! Bookmark

not defined.

6.1. Analiza parametrică a impactului generat de fiecare tip de material ...................... 100

6.1.1. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie pentru

fiecare etapa din ciclul de viaţă al unei grinzi ................................................................ 100


Cuprins 7

6.1.2. Concluzii .......................................................................................................... 129

6.2. Analiza multicriterială a impactului generat de fiecare tip de material .................. 130

6.2.1. Criteriile tehnice............................................................................................... 130

6.2.2. Criterii economice ............................................................................................ 131

6.2.3. Criterii de mediu .............................................................................................. 132

6.2.4. Sănătatea umană............................................................................................... 132

6.2.5. Elaborarea matricei de performanţă ................................................................. 133

6.2.6. Concluzii privind matricea de performanţă ..................................................... 142

6.3. Inventarierea formelor de impact generat de tipul materialului utilizat pe perioada

fabricarii şi punerii în operă ............................................................................................... 143

7. Concluzii ........................................................................................................................ 147

7.1. Elemente originale ale tezei .................................................................................... 149

7.2. Direcţii de cercetare pentru viitor............................................................................ 150

Bibliografie ........................................................................................................................... 151


Lista figurilor:

Figura 2.1. Proprietăți ale materiualelor composite ................................................................. 20

Figura 2.2. Domenii de utilizare a materialelor compozite ..................................................... 23

Figura 2.3. Diferite tipuri de materiale composite .................................................................. 27

Figura 2.4. Diferite tipuri de țesături ...................................................................................... 27

Figura 2.5. Materiale din fibre de sticlă scurte ....................................................................... 28

Figura 2.6. Evidențierea fibrelor de roving din fibre de sticlă ................................................. 28

Figura 2.7. a. Țesătură din Kevlar; b. benzi din Kevlar ........................................................... 28

Figura 2.8. Benzi din fibre de carbon cu lățimea de 4 cm ...................................................... 29

Figura 3.1. Structura materialului compozit ............................................................................ 30

Figura 3.2. Alcatuirea materialelor compozite ........................................................................ 31

Figura 3.3. Materialele de armare ............................................................................................ 35

Figura 3.4. Armatura ................................................................................................................ 37

Figura 3.5. Alura armaturii tesute ............................................................................................ 38

Figura 4.1. Obiectivul analizei ciclului de viaţă ...................................................................... 41

Figura 4.1. Ciclul de viata al materialelor................................................................................ 48

Figura 4.2. Ciclul de viaţă al produsului .................................................................................. 53

Figura 5.1. Schema de evaluare a ciclului de viață .................................................................. 70

Figura 5.2. Etapele ciclului de viata al unei palete de turbina eoliana. .................................... 71

Figura 5.3. Greutatea paletelor eoliene din diferite tipuri de materiale ................................... 73

Figura 5.4. Comparație între paletele eoliene în funcție de preț/kg de material ..................... 73

Figura 5.5 Producerea materialului .......................................................................................... 81

Figura 5.6 Fabricarea paletei eoliene ....................................................................................... 82

Figura 5.7 Transportul paletei eoliene ..................................................................................... 83

Figura 5.8. Post utilizarea paletei eoliene ................................................................................ 84

Figura 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene

.................................................................................................................................................. 85

Figura 5.10. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din lemn ............................. 87

Figura 5.11. Realizarea eco-auditului prin intermediul programului CES EduPack ............... 87

Figura 5.12. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu ....................... 92

Figura 5.13. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu ....................... 93

Figura 5.12. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din oțel ......................................... 95

Figura 5.13. Fluxul tehnologic de realizare a fibrei de sticlă ................................................... 96


Cuprins 9

Figura 5.14. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de sticlă .......................... 97

Figura 5.15. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de carbon ....................... 99

Figura 6.1. Concluzii privind totalul crirteriilor .................................................................... 142


Lista tabelelor:

Tabel 3.1.Caracteristicile generale ale fibrelor ........................................................................ 36

Tabel 4.1. Lista de instrumente de evaluare a ciclului de viață disponibile ............................ 58

Tabel 5.1. Impactul gazelor cu efect de seră ............................................................................ 68

Tabel 5.2. Tipuri de palete eoliene ........................................................................................... 72

Tabel 5.3. Coeficienti privind consumul de energie din timpul transportului ......................... 75

Tabel 5.4. Caracteristicile materialelor din care sunt realizate paletele eoliene ...................... 76

Tabel 5.5. Comparație între paletele eoliene din diferite materiale (lemn, aluminiu, oțel, fibră

de sticlă și fibră de carbon în funcție de dimensiuni, greutate și preț) ..................................... 80

Tabel 5.6. Energia consumată și CO2 degajat pentru producerea materialului ....................... 80

Tabel 5.7. Energia consumată și CO2 degajat pentru fabricarea paletei eoliene .................... 82

Tabel 5.8. Energia consumată și CO2 degajat pentru transportul paletei eoliene ................... 83

Tabel 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pentru post utilizarea paletei eoliene .............. 84

Tabel 5.10. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene

.................................................................................................................................................. 85

Tabel 5.11. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta eoliana din

lemn.......................................................................................................................................... 88

Tabel 5.12. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta eoliana din

aluminiu. .................................................................................................................................. 93

Tabel 6.1. Determinarea dimensinilor, greutatii si pretului pentru grinda realizata din lemn,

aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton ........................................................ 102

Tabel 6.2. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si

amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de

carbon si beton cu deschideri de 4 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm

si 30 N/mm ............................................................................................................................. 103




si 30 N/mm ............................................................................................................................. 106




si 30 N/mm .......................................................................................................................... 109




si 30 N/mm ............................................................................................................................. 112


Cuprins 11




si 30 N/mm ............................................................................................................................. 115




si 30 N/mm ............................................................................................................................. 118



carbon si beton cu deschideri de 10 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25

N/mm si 30 N/mm ................................................................................................................. 121

Tabel 6.1. Ponderile direct exprimate .................................................................................... 134

Tabel 6.2. Matricea de performanță ....................................................................................... 136

Tabel 6.3. Matricea de performanță ....................................................................................... 137

Tabel 6.4. Substante daunătoare şi efectul lor asupra sănătăţii .............................................. 139

Tabel 6.5. Matricea de performantain cazul materialelor comaprate .................................... 140


1. INTRODUCERE

Obiectul prezentei teze de doctorat îl constituie evidenţierea impactului generat de

utilizarea materialelor compozite asupra mediului.

Lucrarea conţine 7 capitole şi conţine 157 pagini, 34 figuri, 27 tabele, ecuaţii

numerotate precum şi bibliografia utilizată la elaborarea sa.

În capitolul 1 se face prezentarea generală a conţinutului tezei şi se justifică

oportunitatea lucrării.

Capitolul 2 este destinat evoluția tehnicii în domeniul ingineriei civile prin

evidenţierea principalelor avantaje şi dezavantaje ale folosirii materialelor compozite şi prin

detalierea domeniilor de utilizare ale acestor materiale.

În capitolul 3 este descris materialul compozitului ca sistem multifazic fiind detaliate:

matricea structurală, metodele de armare şi interfaţa armătură – matrice. În acest capitol este

detaliată alcatuirea materialelor compozite, precum şi principalele categorii de materiale

compozite, armate cu particule şi armate cu fibre.

În capitolul 4 se prezintă etapele şi metodele de analiza ale ciclului de viaţă al

materialului compozit prin sublinierea principiilor dezvoltării durabile şi prin referire la

programe, produse şi proiecte prin intermediul carora se evalueaza impactul asupra mediului.

În capitolul 5 se defineşte, exemplifică şi explică amprenta de carbon pe baza

consumului de energie pentru fiecare etapa din ciclul de viata a cinci tipuri de materiale:

lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă şi fibră de carbon utilizate la fabricarea unei pale de rotor.

Capitolul 6 reprezintă un studiu amănunţit cu privire la evaluarea impactului generat

de utilizarea materialelor compozite si traditionale. Spre exemplificare s-a ales o analiza

parametrica reprezentată de construcția unor grinzi cu lungimi variabile astfel dimensionate

încât să reziste unor incarcari stabilite. Materialele utilizate pentru construcţia grinzilor sunt:

lemn, aluminiu, oțel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton. Tot în acest capitol se face o

analiză multicriterială a impactului generat de fiecare tip de material prin realizarea unei

matrici de performanţă, urmând ca în ultima parte a capitolului să se facă o inventariere a


Capitolul 1. Introducere 13

formelor de impact generat de tipul materialului utilizat pe perioada fabricării şi punerii în

opera

Capitolul 7 completează teza printr-o sinteză a lucrării, evidenţiindu-se contribuţiile

autorului. De asemenea, se fac propuneri privind dezvoltările ulterioare ale unor elemente ale

tezei.

Bibliografia de la sfârşitul tezei cuprinde lucrările consultate, precum şi lucrările

elaborate de autor pe parcursul activităţii sale didactice şi profesionale.

1.1. Problematica impactului materialelor compozite asupra mediului şi

factorului uman

Ameliorarea din punct de vedere cantitativ şi calitativ a impactului materialelor

compozite asupra mediului si factorului uman, este o problemă de actualitate, iar atingerea

acestui deziderat se poate face doar prin luarea unor măsuri corecte de reducere sau

eliminarea ale efectelor negative.

În conformitate cu nevoile mereu crescânde de materii prime şi cu preocuparile de

reducere a preţurilor, acesta lucrare este orientata asupra comparării materialelor tradiționale

cu materialele compozite în vederea evaluarii impactului asupra mediului, precum și de a

oferi îndrumări cu privire la modul în care să se minimizeze acest impact .

Materialele tradiționale se obţin din resurse limitate, prin procese puternic poluante,

energo-intensive şi cu emisii de substanţe poluante. Prelucrarea acestor materiale este uneori

dificilă, necesitând echipamente şi procese complexe. De obicei, materialele tradiționale

prezintă o instabilitate chimică, suferind procese de coroziune sau degradare semnificativă în

timp. Biodegradabilitatea materialelor tradiționale ridică probleme importante în contextul

unei dezvoltări durabile.

În acest context se pune accent pe proiectarea de materiale cu cost de producere

scăzut prin tehnologii simple, cu emisii minime de substanţe poluante. In ţările dezvoltate şi

în curs de dezvoltare se înregistreaza deja o tendinţă pe termen lung de reducere a cererii

pentru produsele din industriile cosumatoare de materii prime, o dată cu epuizarea stocurilor

de materii prime utilizate. Astfel, reducerea consumului de materiale prime devine un

element esenţial al tehnologiilor de fabricaţie din aceste ţări. Totodată, invenţiile tehnlogice şi

progresul tehnic înregistrat în aproape toate ramurile industriale, manifestă nevoia folosirii

materialelor tot mai uşoare, mai rezistente şi mai durabile. Însă, se ridică problema

consumului mare de energie înglobată în producerea acestor materiale, dar şi al preţului de

multe ori prea ridicat al tehnologiilor de realizare.

Materialele compozite reprezintă un teritoriu nou. Toate domeniile au impulsionat

activitatea de cercetare, proiectare şi producţie, impunând performanţe extrem de înalte, fapt


justificat de competiţia acerbă din aceste domenii. Modalitatile multiple de procese de

fabricaţie, aplicaţiile inedite, problemele ridicate de optimizarea procesului de fabricaţie prin

considerarea reducerii consumului de energie si implicit reducerea poluării, constituie factori

care fac din materialele compozite o etapa fascinantă a ştiinţei şi tehnicii actuale.


Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 15

2. MATERIALELE COMPOZITE ÎN

DOMENIUL INGINERIEI CIVILE

2.1. Conceptul de material compozit

Evoluția tehnicii în domeniul ingineriei civile a fost și este posibilă concomitent cu

apariția de materiale și tehnologii noi, cu promovarea unor sisteme structurale superioare și

cu capacitatea de utilizare a procedeelor complexe de analiză și calcul analitic.

Materialele compozite încorporează toate calitățile menționate mai sus, ele

reprezentând viitorul în domeniul ingineriei civile.

Conceptul de material compozit permite ca noul să poată fi strict dirijat spre rezultate

dinainte aşteptate, cât şi crearea unor materiale cu anumite proprietăţi impuse, astfel ca

parametrii tehnici ai unui element să fie satisfăcuţi prin calităţile unui material special creat

pentru aceasta (Ţăranu ş.a.1992).

Din categoria materialelor compozite fac parte o clasă foarte vastă de materiale. Acest

lucru este determinat de faptul că posibilităţile de transformare a constituenţilor de bază, a

tehnicilor de „asamblare” şi de fabricare, a nivelului de performanţă şi a costului sunt practic

infinite.

Conceptul de material compozit se considera a fi vechi şi nou în acelaşi timp.

Noţiunea de vechi se justifică prin faptul că materialele compozite au fost utilizate încă din

antichitate, cunoscându-se că prin combinarea mai multor materiale se obţin materiale cu

proprietăţi superioare. Este nou pentru că dorinţa explorării spaţiului a readus problema în

actualitate, pe altă spirală a dezvoltării şi cu implicaţii în mult mai multe domenii (Isopescu

1995).

Analiza istoricului materialelor compozite este evidențiată de implicarea omului

primitiv în utilizarea resurselor naturale ale pământului. Este cunoscut că, în anumite

împrejurări, combinarea a două sau mai multe materiale de natura diferita, poate avea


rezultate mai bune decât în cazul utilizării materialelor unitare ceea ce justifica apariția şi

evoluția materialelor compozite.

Fortat de instinctele sale primare să folosească o piatră pentru a lovi un inamic, omul

primitiv şi-a dat seama că aceiaşi piatră legată de o bucată rezistentă de lemn, poate fi folosită

mai eficient. De asemena, se pare că unele materiale compozite preistorice au luat naştere din

impulsuri artistice de moment, nefiind rodul unei decizii impuse de funcţii specific

planificate.

Întrucât în culturile preistorice s-au folosit materiale de origine organică, precum

lemn, fibre naturale, seminţe, coji, oase, frunze de copac etc., multe din aceste compozite au

dispărut datorită caracterului lor biodegradabil. Totuşi unele structuri de lemn au reuşit să

supravieţuiască în regiunile cu climă uscată. Câteva statuete de lemn, vechi de mii de ani,

sunt păstrate într-un muzeu din Cairo.

Urme ale utilizării materialelor compozite se gasesc la Muzeul Britanic din Londra,

unde este expus un vas de depozitare din perioada merovingienilor – anul 900 d.H. , iar

pe teritoriul Scoţiei s-a gasit un vas realizat dintr-un material format din fibră de sticlă întărită

cu o răşină, ceea ce ar corespunde astăzi unui compozit de tip răşină epoxidică întărită cu

fibră de sticlă.

În secolul al XIX-lea vergelele de fier erau folosite pentru zidărie, punându-se bazele

materialelor armate pentru construcţii.

Prima ambarcaţiune din fibră de sticlă a fost realizată în 1942 şi de asemenea, la acel

timp, acest material a fost utilizat în aeronautică şi pentru componentele electrice.

Primele fibre de bor şi de carbon, cu rezistenţă mare la rupere, au apărut la sfârşitul

anului 1960, fiind aplicate în materialele avansate folosite la componente de avion, prin anul

1968. Materialele compozite cu matrice metalică au fost introduse în 1970. Dupont a

realizat fibrele de Kevlar (sau aramid) în 1973.

La sfârşitul anilor ‘70 materialele compozite s-au extins în aeronautică, la automobile,

articole sportive, medicină şi multe alte ramuri ale industriilor existente.

Sfârşitul anilor 1980 a marcat o creştere semnificativă în utilizarea materialelor cu

fibre având modul de elasticitate ridicat şi astfel s-au dezvoltat materiale care să răspundă

cerinţelor funcţionării, deci s-a introdus conceptul de proiectare a materialului plecând de la

cerinţele tehnice ale produsului.

Posibilitatea utilizării compozitelor la reabilitarea structurilor inginereşti este tot mai

des întâlnită în ţări cum ar fi S.U.A., Japonia şi în ultimii ani şi în ţări din Europa.

În S.U.A au fost iniţiate o serie de programe de cercetare-dezvoltare, care au urmărit

consolidarea stâlpilor, în special la podurile din beton armat. Până în 1989 s-au consolidat



peste 1.300 de poduri. Tehnicile de consolidare nu s-au oprit doar la folosirea oţelului şi a

betonului, clasificate de ingineri ca fiind materiale tradiţionale, ci s-au extins şi din 1990 au

început să fie folosite CPAF-urile (compozitele polimerice armate cu fibre) sub diferite

forme: bare, platbande, membrane, ţesături, toroane, etc. Contribuţii însemnate în studiul

consolidărilor cu CPAF au fost aduse şi de: Mirmiran , Saadatmanesh, Xiao , Nanni , ş. a.

În Europa, studiile efectuate de Hollaway, Täljsten, Meier, Triantafillou ş.a. au

evidenţiat posibilitatea şi avantajele folosirii compozitelor polimerice armate cu fibre(CPAF)

la reabilitarea şi consolidarea zidăriilor, grinzilor şi stâlpilor din beton simplu şi beton armat.

În ţara noastră studii experimentale şi analitice legate de consolidarea utilizând CPAF

au fost realizate de Nicolae Ţăranu , Alexandru Secu, Traian Oneţ, Valeriu Stoian ş.a.

2.2. Avantajele şi dezavantajele utilizării materialelor compozite

Principalele avantaje ale compozitelor polimerice armate cu fibre (CPAF) în raport cu

materialele tradiţionale/naturale s-ar evidenţia printr-o serie de proprietăţi cum ar fi:

- greutate redusă;

- masă volumică mică în raport cu metalele (compozitele cu răşini epoxidice armate cu

fibre de Si, B, C au masă volumică sub 2 g/cm3);

- raport bun rezistenţă-greutate;

- rezistenţă sporită după direcţia de orientare a fibrelor;

- rezistenţă la variaţii de temperatură atmosferică;

- rezistenţă la tracţiune sporită (compozitul Kevlar are rezistenţa la tracţiune de două

ori mai mare decât a sticlei);

- stabilitate dimensională;

- raportul favorabil R/ρ (rezistenţă la întindere/densitate) şi E/ρ (modul de

elasticitate/densitate);

- proiectare dirijată a proprietăţilor – pot fi proiectate şi fabricate astfel încât să

raspundă unor cerinţe impuse. Pentru a obţine aceste proprietăţi dorite şi dirijate,

proiectantul are la dispoziţie:

alegerea constituienţilor (tipul de matrice şi de fibră) ;

fracţiunile volumetrice ale fibrei şi ale matricei :

procedeul de fabricaţie ;

orientare fibrelor .


- rezistenţă la oboseală foarte bună – mecanismele de deteriorare la oboseală sunt mult

mai complexe şi se produc însoţite de absorbţie mare de energie ;

- rezistenţă la coroziune – este dată de rezistenţa la coroziune a matricelor; pentru

fiecare grup de agenţi corozivi se poate găsi un anumit tip de polimer care să fie

suficient de rezistent ;

- non-conductivitatea (izolarea) electrică – în staţii de transformare unde pericolul de

electrocutare se reduce drastic prin folosirea materialelor compozite ;

- stabilitate dimensională la acţiuni termice – în mod obişnuit toate materialele se dilată

la încălzire şi se contractă la răcire; deoarece fibrele au coeficient de dilatare termică

liniară foarte diferiţi de cei ai matricei (pot avea coeficenţi de dilatare termică negativi

şi pozitivi) se pot proiecta în cazul situaţiilor critice materiale compozite cu

coeficienţi de dilatare termică foarte mici sau chiar nuli ;

- prezintă o aderenţă ridicată la materiale cum ar fi beton, cărămidă, piatră, lemn etc.;

- formabilitatea – capacitatea materialului de a fi utilizat în forme şi elemente

complicate ;

- transparenţa magnetică – se proiectează adăposturi pentru echipamentul radar, în

medicină ;

- sunt materiale ecologice, uşor de transportat şi de instalat.

- rezistenţă la impact foarte bună;

- rezistenţă la şoc ridicată;

- capacitate mare de amortizare a şocurilor şi a vibraţiilor;

- foarte bune izolatoare atât electric cât şi fonic;

- consum energetic scăzut în faza de fabricare, în comparaţie cu metalele;

- stabilitate termică şi rezistenţă mare la temperatură ridicată (fibrele de Kevlar, teflon,

Hyfil sunt stabile până la 500° C, iar fibrele ceramice tip SiC, Si3Ni4, Al2O3 sunt

stabile până la 1400° C - 2000° C

- durată mare de viaţă;

- durabilitate mare în funcţionare (în aceleaşi condiţii de funcţionare, 1 kg de Kevlar

înlocuieşte 5 kg de oţel, la o durată egală de funcţionare);

- siguranţă mare în funcţionare (ruperea unei fibre dintr-o piesă din compozit nu

produce o amorsă de rupere a piesei, ca în cazul materialelor clasice);

- coeficient de dilatare mic în raport cu metalele;

- design plăcut, etc.



Dar cu toate aceste avantaje, materialele compozite au şi unele dezavantaje care

trebuie luate în calcul şi minimizate pe cât posibil:

- sunt mult mai scumpe decât materialele tradiţionale – folosirea nu trebuie facută

nejustificat, ci numai în cazul folosirii la capacităţile lor reale;

- nu prezinta ductilitate – materialele compozite au comportare linear elastică până la

rupere;

- la temperaturi ridicate au un comportament deficitar – toate materialele bazate pe

polimeri au o aşa numită temepratură de tranziţie în care rezistenţa şi modulul de

elasticitate al compozitului scad brusc, deci este periculoasă folosirea acestor

materiale peste temperatura de tranzit;

- toate materialele organice ard, sunt combustibile, dar lângă această problemă apare

şi cea a toxicităţii fumului pe care îl degajă. Se pot pune întârzietori de ardere dar

aceştia modifică proprietăţile mecanice ale compozitului.

2.3. Diversitatea materialelor

Materialele compozite sunt primele materiale a căror dispunere structurală internă o

concepe omul, atât prin înlănţuirea lor moleculară, cât şi prin direcţii preferenţiale,

conferindu-le în acest fel rezistenţe favorabile, net superioare celor ale componentelor lor. (V.

Teleabă 2008)

Priorităţile de cercetare din domeniul materialelor compozite sunt:

- reducerea consumului de energie pentru procesele de obţinere;

- minimizarea impactului asupra mediului;

- asigurarea necesarului de materiale pentru o populaţie în curs de dezvoltare.

Obținerea materialelor compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice

şi economice, între care amintim:

- necesitatea realizării unor materiale cu proprietăţi deosebite, imposibil de atins de

materialele tradiţionale;

- necesitatea creşterii siguranţei şi a fiabilităţii în exploatare a diferitelor construcţii şi

instalaţii;

- necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preţioase;

- posibilitatea reducerii consumurilor de manoperă şi a reducerii duratelor tehnologice

de fabricaţie.


Figura 2.1. Proprietăți ale materiualelor compozite

Materialele compozite au caracteristici și performanțe net superioare comparativ cu

materialele tradiționale. Proprietăţile superioare ale acestor materiale le recomandă pentru

utilzarea într-o gamă variată de aplicaţii.

Materialele compozite se realizează din polimeri, aceştia având urmatoarele

proprietăţi:

- prezintă o rezistenţă chimică bună,

- proprietăţi mecanice deosebite,

- au densitate mică, ceea ce facilitează prelucrabilitatea, manipularea şi transportul

acestora,

- sunt impermeabili faţă de apă, solvenţi organici şi gaze.

De subliniat este faptul că proprietăţile polimerilor pot fi controlate prin sinteză şi

adaptate aplicaţiei.

Ca urmare a dorinţei de a continua procesul de dezvoltare tehnologică, prin utilizarea

unor materiale cu proprietăţi net superioare şi posibil de realizat prin procedee şi tehnologii

alternative, eficiente şi nepoluante există preocupări majore pentru realizarea de materiale

compozite performante.

În contextul dezvoltării durabile, se va face referinţă la un anumit tip de produse:

materialele compozite.

Materialele compozite sunt materiale heterogene cu minimum două componente cu

proprietăţi diferite separate de bariere structurale bine definite, care se completează

reciproc, rezultând un material cu proprietăţi superioare. (Koncsag C , 2010)

La realizarea materialului compozit se profită de efectele sinergice care apar la

îmbinarea celor două faze datorită interacţiunilor fizice şi chimice dintre ele. De exemplu, din

două materiale se poate realiza un material nou care să aibă proprietăţi mecanice mai bune

decât ale fiecărui material în parte; dacă cele două materiale sunt uşoare, poate rezulta un

material cu rezistenţă la şoc, rezistent la tracţiune, cu modul de elasticitate mare, aceste



caracteristici mecanice fiind apropiate de ale oţelului în condiţiile în care materialul compozit

are o greutate de 2-3 ori mai mică decât a oţelului. Un astfel de material şi-ar găsi

întrebuinţare în industria auto, aeronautică, sau în construcţii.

2.3.1. Clasificarea materialelor compozite

Din punct de vedere al domeniului de utilizare, materialele compozite pot fi

clasificate astfel:

Materialele structurale sunt statice (în timpul utilizării nu îşi modifică poziţia sau

forma), au proprietăţi prestabilite (ex: materiale ultrauşoare, cu proprietăţi mecanice

superioare celor existente). Ele au o destinaţie precisă, trebuind ca în timpul funcţionării să

suporte sarcini (în construcţii - la confecţionarea de acoperişuri, podele, scări - sau în

industria aviatică - la confecţionarea fuselajelor avioanelor). Ele reprezintă variante

superioare ale materialelor clasice iar eforturile cercetătorilor se îndreaptă spre îmbunătăţirea

continuă a performanţelor lor şi scăderea costurilor materiale şi energetice, fără ca aspectul de

sustenabilitate să fie prioritar. Materialele structurale polimerice sunt realizate în general cu

răşină termosetată. Există şi materiale non-structurale, realizate tot cu răşini, dar care nu

trebuie să susţină sarcini în timpul fucţionării lor; din ele se realizează uşi, panouri

decorative, tapet.

Materialele inteligente sunt materiale dinamice atât în ceea ce priveşte activitatea

(sunt înglobate în sisteme dinamice) cât şi forma acestora. Ele se comportă atât ca senzorul

cât şi ca elementul de execuţie dintr-un sistem automat. În general, exploatează fenomenul de

piezoelectricitate în ambele sensuri. Cele mai performante sunt materialele inteligente

intrinseci: ele furnizează autodiagnostic şi se pot autorepara.

Materialele cu gradient funcţional sunt materiale care demonstrează calităţi

distincte în puncte sau pe direcţii diferite. Compoziţia materialului poate fi astfel proiectată

încât să fie optimizate anumite proprietăţi locale. De exemplu, materialul are un înveliş dur,

cu mare rezistenţă mecanică la impact, pe când interiorul este ductil pentru a nu fi

sfărâmicios. Multe materiale cu gradient funcţional sunt de asemenea materiale

multifuncţionale, adică materiale care realizează mai mult de un obiectiv: structură superioară

+ sensibilitate la stimuli, structură superioară + protecţie balistică, structură superioară +

capacitate de autoreparare, sau structură superioară + conducţie de căldură. De exemplu, un

material compozit polimeric tradiţional se introduce într-un înveliş metalic, creându-se un

material de construcţie care este de asemenea un bun mediu pentru propagarea undelor de

diferite frecvenţe.

Biomaterialele sunt realizate din resurse biologice de origine microbiană, vegetală

sau animală. Uneori materialul este realizat integral din materiale de origine biologică. De

exemplu, matricea poate fi realizată dintr-o răşină naturală sau poate fi un liant de origine

animală sau vegetală, iar umplutura poate fi constituită din fibre naturale. Alteori, numai unul


din cele două componente este natural, celălalt fiind obţinut pe cale sintetică, de exemplu

polipropilena armată cu fibră de cânepă. Acestea sunt materiale hibride. Este mai răspândită

utilizarea termenului de ”biomaterial” în sensul de material biocompatibil, material de uz

medical (de exemplu material pentru proteze osoase compatibil cu ţesutul viu în care se face

implantul). De aceea, pentru a nu se face confuzie, vom denumi cu un alt termen materialele

realizate din surse biologice, chiar daca termenul este mai lung: „materiale din resurse

regenerabile”.

Materialele autocompozite sunt alcătuite din două faze cu aceeaşi compoziţie

chimică dar cu forme de cristalizare diferite. De exemplu există materiale carbon- carbon

alcătuite din filamente de grafit pe care se depun straturi succesive de carbon rezultat la

piroliza în vid a hidrocarburilor; rezultă materiale rezistente la şoc mecanic, rezistente la

coroziune, cu înaltă conductivitate termică şi totodată foarte uşoare. De asemenea,

polipropilena supusă unui anumit tratament termic se separă în două faze, amorfă şi

cristalină, a căror interfaţă este vizibilă numai la scară microscopică şi se obţine un material

dur, cu mare rezistenţă la şoc, propice construirii de saşiuri.

2.3.2. Caracterul interdisciplinar al materialelor compozite

Baur și Silverman au analizat provocările și oportunitățile din industria aerospațială

utilizand structuri nanocompozite multifuncționale, în timp ce Ye şi al. analizat evolutia

inteligentei artificiale aplicata tot in industria aerospatiala. Prin definiție, un material

multifuncțional trebuie să fie un compozit, și este din ce în ce în ce mai evident că materialele

nanostructurale pot produce și spori multifuncționalitate în moduri în care compozitele

conventionale nu pot. De exemplu, Thostenson et al. i Chou et al. u analizat recentele

progrese legate de știința și tehnologia nanotuburilor de carbon și a compozitelor lor; Breuer

și Sundararajau efectuat studii recente pe polimerii compoziti din nanotuburile de carbon; Li

et al. au supravegheat progresele recente legate de utilizarea nanotuburilor de carbon ca

senzori și actuatori (pt motoare electrice), în timp ce Gibson et al. au analizat publicațiile

recente ce studiază vibratiile nanotuburilor de carbon și ale compozitelor acestora, iar Sun et

al. u elaborat un articol in care sunt descrise tipurile de absorbție a energiei în

nanocompozite.

Cu adaosuri foarte mici de carbon in nanotuburi, polimerii non-conductori și polimeri

compoziti pot fi transformati in materiale conductoare, sporind astfel multifuncționalitatea

lor. În consecință, Bauhofer și Kovacs au dezvaluit cercetari relevante cu privire la

filtrarea/precolarea electrica in nanotub de carbon polimer compozit. Modelarea și analiza

materialelor cu gradient funcțional (FGM) au fost analizate de către Birman și Byrd.

Domeniul de monitorizare a sănătății structurale (capacitatea dea autovindecare a materialului

,,structural health”) (SHM) este extrem de relevant, Montalvao et al. analizeaza vibratiile pe

baza SHM a materialelor compozite, în timp ce un studiu similar cu accent pe identificarea

delaminarii materialelor compozite a fost publicat de Zou et al.. Evoluțiile recente în ,,auto-

vindecarea” materialelor polimerice au fost analizate de către Wu et al.. Articolele privind



recoltarea de energie pentru rețele de senzori în SHM au fost elaborate de Park et al.

Materialele piezometrice sunt adesea utilizate pentru recoltarea de energie, publicații pe

această temă au fost elaborate de către Sodano et al., Anton și Sodano, și Cook-Chennault et

al. Analize referitoare la SHM privind studiul de polimeri cu memoria formei (SMP), precum

și comentarii privind recentele progrese in SMP au fost publicate de Ratna și Karger-Kocsis.

Gibson et al. editat Conferința tehnică intitulată '' Materiale multifuncționale: Sa lucram

Deștept Împreună ". Lau et al. au arhivat lucrări selectate din 2008 Conferința Internationala

privind Materiale multifuncționale și structurale (MFMS 08), care a avut loc in Hong Kong.

2.4. Utilizarea materialelor compozite

Datorită proprietăţilor specifice cât şi posibilităţilor de a adapta aceste proprietăţi la

condiţiile de exploatare, se constata ca utilizarea materialelor compozite are o sferă a

aplicaţiilor foarte largă, din schema următoare se constată că sunt prezente în toate domeniile

de activitate:

Figura 2.2. Domenii de utilizare a materialelor compozite

Din Figura 2.2 se observă că domeniul de utilizare a materialelor compozite este vast,

într-o societate dezvoltată, el acoperind practic toate sectoarele activităţii economice.


2.4.1. Domeniul construcției automobilelor

Unul dintre principalele domenii utilizatoare de materiale compozite este industria

constructoare de automobile şi maşini de construcţii. Cresterea consumului de materiale

compozite în acest domeniu este perfect justificată de calităţile mecanico-fizice şi de costul

lor scăzut, care conduc la avantaje substanţiale atât pentru producător cât şi pentru

consumator.

Principalele avantaje ale utilizării maerialelor compozite în domeniul auto sunt:

- scăderea greutăţii automobilului,

- scăderea costului de producţie,

- rezistenţa la coroziune,

- protecţia faţă de şocurile exterioare

- posibilitatea utilizării unei game largi de tehnologii,

- supleţe în utilizare,

- libertate de concepţie şi mobilitate,

- confort ridicat,

- siguranţă în exploatare,

- calităţi aerodinamice ale reperelor exterioare,

- obţinerea cu uşurinţă a unor suprafeţe complexe.

Dintre cele mai cunoscute componente realizate din materiale compozite amintim:

caroserii, aripi, capote, portiere, protecţii laterale, paraşocuri (materiale plastice armate cu

fibre de sticlă), arbori de transmisie, şasiuri şi suspensii (răşina epoxi+fibre de sticlă+fibre de

carbon; kevlar/carbon/răşină epoxi), bloc motor şi garnituri de chiulasă, tablouri de bord,

amenajarea interiorului automobilului.

2.4.2. Domeniul construcţiilor navale

Domeniul construcţiilor navale utilizează, de obicei, materiale compozite din poliester

armat cu fibre de sticlă.

Sistemele epoxi/fibre de sticlă şi poliester/fibre de Kevlar unt utilizate pentru

construcţii şi aplicaţii speciale

Cele mai cunoscute utilizări ale materialelor compozite sunt: şalupe, bărci, iahturi,

culegătoare de mine, nave de pescuit, submarine mici pentru cercetare, vapoare comerciale şi

militare.



2.4.3. Domeniul aerospaţial

Este domeniul cu rata cea mai mare de utilizare de meteriale compozite. În acest

domeniu s-au folosit pentru prima aceste materiale. Prin calităţile şi caracteristicile

materialelor compozite s-a ajuns la simplificarea structurilor aerospaţiale. Construcţia

aerospaţială utilizează materiale, cum ar fi: fibrele de carbon, bor, aramidă, wiskers-urile,

materiale compozite metalice, polimerice şi ceramice. Compozitele din aliaje cu baza Ni, Co,

ranforsate cu fibre din carburi şi oxizi metalici sunt utilizate pentru componentele vitale care

funcţionează în regim termic ridicat ale turboreactoarelor şi rachetelor. Compozitele din

carbon ranforsat cu grafit şi matrice din răşini epoxidice (Kevlar, Hyfil) ale căror structuri

moleculare neregulate absorb undele radar sau le deviază se folosesc pentru scăderea

vulnerabilităţii avioanelor militare.

Cele mai cunoscute aplicaţii ale materialelor compozite sunt: structuri de aeronave şi

nave spaţiale, componente vitale ale motoarelor pentru rachete şi turboreactoare, măşti de

motor şi uşi, planoare şi machete de aeronave, tubulaturi de aer pentru bordul avioanelor.

Compozitele tip spumă denumite sintetice au o densitate foarte mică şi au aplicaţii importante

în instalaţii, echipamente aerospaţiale şi în exploatarea mediului marin la forarea de adâncime

mare.

2.4.4. Domeniul electronicii şi telecomunicaţiilor

Materialele compozite se folosesc la izolaţii de cabluri telefonice din polietilenă de

joasă şi înaltă tensiune, respectiv poliamide şi polisulfone. Totodată, pentru structurile de

rezistenţă ale sateliţilor de comunicaţii se folosesc structuri confecţionate din polietilenă

armată cu fibre de sticlă.

Deosebit de interesante şi cu o largă aplicabilitate sunt fibrele optice. Fibrele optice

reprezintă elementele principale ale tehnicii moderne de transmisie a informaţiei şi sunt fire

de sticlă de compoziţie specială, prin intermediul cărora se propagă undele luminoase

modulate. Realizări cunoscute: structurile de rezistenţă şi discurile antenelor la transmisiile

prin sateliţi, antenele tubulare, construcţiile pentru protecţia instalaţiilor radar.

2.4.5. Domeniul medical

Biomaterialele sunt substanţe sintetice, destinate implantării în organismul uman

datorită adaptabilităţii biologice, cum ar fi: proteze, organe artificiale, etc..

Printre exigenţele impuse biomaterialelor, în scopul implantării într-un mediu

fiziologic, pot fi enumerate:

- proprietăţi biochimice: puritate, inerţie biologică, stabilitate, rezistenţă la acţiunea

fluidelor din corp;


- proprietăţi fizice: rezistenţă, elasticitate, permeabilitate;

- proprietăţi mecanice: calităţi biologice, durabilitate, soliditate, fiabilitate.

Dintre cele mai cunoscute realizări în domeniu, amintim: proteze chirurgicale, organe

artificiale (piele artificială, transplan de plămâni, vase sanguine, implanturi dentare),

aparatură medicală electronică, elemente ajutătoare, atele, tuburi de drenaj, cărucioare.

2.4.6. Domeniul chimic

Materiale compozite prezintă rezistenţă deosebită la acţiunea produselor chimice,

durată mare de viaţă în exploatare, excelentă stabilitate dimensională la cald. Cel mai adesea

se întâlnesc materialele compozite la: unităţi de electroliză a clorurilor alcaline, reactoare

chimice, rezervoare şi ventilatoare, pompe, rezervoare de apă caldă, vane, piese rezistente la

coroziune, membrane, benzi şi piese de uzură, cisterne şi containere pentru produse

alimentare.

2.4.7. Domeniul sport – agrement

Răşinile epoxidice armate cu fibre sunt materialele cele mai utilizate în domeniul

sport-agrement. Exemple: schiuri, rachete de tenis şi badminton, undiţe, bastoane de golf,

biciclete şi motociclete, alte articole de sport – agrement (arcuri şi săgeţi, echipamente de

gimnastică sau atletism, căşti de siguranţă pentru competiţii sportive, etc.).În cadrul acestui

domeniu materialele trebuie să îndeplinească anumite cerinţe, cum ar fi:

- rigiditate adecvată

- flexibilitate şi elasticitate

- greutate scăzută

- capacitate de amortizare a vibraţiilor

- rezistenţă la îndoiri puternice

- rezistenţa la şocuri şi la oboseală

2.4.8. Domeniul construcțiilor

În acest domeniu materialele compozite s-au utilizat cu mult timp înainte de a se pune

problema definirii lor. Dintre aplicaţiile întâlnite în domeniul construcţiilor amintim:

- construcţii civile şi industriale: plăci plane, ondulate, cutate pentru pereţi şi

acoperişuri la hale industriale, sere, garaje şi copertine, acoperişuri tip cupolă cu

simplă sau dublă curbură, luminatoare, jgheaburi, elemente de faţadă, profile

pultrudate pentru pane, grinzi secundare şi principale, profile chesonate folosite la



stâlpi pentru construcţiile în medii cu agresivitate ridicată, adăposturi pentru refugii pe

munte, tâmplărie pentru uşi şi ferestre, construcţii pentru agrement;

- construcţii speciale: acoperişuri la rezervoare şi castele de apă, turnuri de răcire,

coşuri de tiraj, cuve şi rezervoare pentru lichide cu agresivitate ridicată, palete

eoliene;

- instalaţii sanitare: căzi de baie, cuve pentru duşuri, cabinete spaţiale de baie, conducte

şi racorduri pentru instalaţii;

- construcţii pentru transporturi: poduri pentru trafic pedestru şi autovehicule uşoare,

poduri mobile pentru acţiuni militare;

- îmbunătăţiri funciare: ţevi şi conducte pentru canale de irigaţii, vane, piese, accesorii

pentru sistemele de irigaţii.

Figura 2.3. Diferite tipuri de materiale composite

a.

b. c.

Figura 2.4. Diferite tipuri de țesături


a. ţesătură din fibre de sticlă bidirecţionale; b. ţesătură din fibre de carbon

unidirecţionale. c. ţesătură din fibre de sticlă unidirecţionale.

Figura 2.5. Materiale din fibre de sticlă scurte

Figura 2.6. Evidențierea fibrelor de roving din fibre de sticlă

a.

b.

Figura 2.7. a. Țesătură din Kevlar; b. benzi din Kevlar



Figura 2.8. Benzi din fibre de carbon cu lățimea de 4 cm


3. STRUCTURA MATERIALELOR

COMPOZITE

3.1. Alcătuirea materialelor compozite

Încercările de obţinere a unor noi materiale superperformante au condus la

dezvoltarea unei clase de produşi cunoscuţi sub denumirea de materiale compozite. (Lupescu

2004)

Materialele compozite sunt alcătuite în principal din:

- Materialul de armare (armătura);

- Matricea (masa de bază);

- Adaosuri tehnologice.

Figura 3.1. Structura materialului compozit

Materialele compozite conţin cel puţin o fază discontinuă denumită ranforsant sau

armătură înglobat într-o fază continuă (această fază continuă fiind cunoscută sub denumirea


Capitolul 3. Structura materialelor compozite 31

de matrice), cu proprietăţi care depind de caracteristicile fizico-mecanice individuale, modul

de distribuţie, precum şi interacţiunea dintre faze. (Oprişan ş.a. 2000)

Un rol deosebit în stabilirea proprietăţilor compozitului ca sistem multifazic revine

regiunii de interfaţă. Conceptul de interfaţă defineşte limita comună a două faze şi reprezintă

o suprafaţă de separare a componenţilor dintr-un amestec existent ca faze distincte.

Figura 3.2. Alcatuirea materialelor compozite

a. faza continuă (matricea), b. faza dispersă (armătura), c. interfaţa

3.2. Matricea structurală a materialelor compozite

Matricea uneşte fibrele într-un corp, protejându-le de factori externi, transferând

tensiunile şi redistribuind eforturile la ruperea unor fire. Aceasta actionează ca un liant şi

leagă fibrele în pozitia dorită, dând integritatea structurală a materialului compozit. (Tsai ş.a.

1990)

Alegerea matricei se face în funcţie de scopul urmărit şi de posibilităţile de producere

a materialului compozit. Tehnologiile actuale presupun utilizarea a numeroase tipuri de

matrice: metalică, ceramică, organică.

Matricea materialelor compozite trebuie sa fie realizata dintr-un material ce are

capacitatea de a integra componenta dispersă fără a o distruge prin dizolvare, topire, acţiune

mecanică sau reacţie chimică. Matricea reprezintă partea deformabilă a materialului

compozit, natura ei conferind rezistenţa materialului compozit la temperaturi ridicate şi la

acţiunea corozivă a mediului. (Hollawey ş.a. 1998)

Matricea reprezintă o parte a materialului compozit care asigură atât transferul

solicitărilor exterioare la ranforsant, cât şi protecţia elementelor de ranforsare împotriva

distrugerilor mecanice şi prin eroziune.


3.2.1. Funcţiunile matricei structurale

Matricea îndeplineşte în compozit următoarele funcţiuni (Ţăranu ş.a.1992):

- stabileşte forma definitivă a produsului realizat din materialul compozit;

- înveleşte fibrele astfel încât să le protejeze atât în fazele de formare ale produsului cât

şi pe durata de serviciu;

- păstrează armăturile la distanţe corespunzătoare transmiterii eforturilor între faze prin

adeziune, frecare sau alte mecanisme de conlucrare;

- împiedică flambajul fibrelor, deoarece fără mediul de susţinere armătura nu este

capabilă să preia eforturi de compresiune;

- matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel că, la

ruperea unei fibre, reîncărcarea celorlalte fibre se poate realiza prin contactul de la

interfaţă;

- asigură contribuţia principală la stabilirea rezistenţei şi rigidităţii în direcţia normală

pe fibre;

- permite redistribuirea concentrărilor de tensiuni şi deformaţii evitând propagarea

rapidă a fisurilor prin compozit;

- stabileşte continuitatea transversală dintre lamelele ansamblului stratificat;

- asigură compatibilitatea termică şi chimică în raport cu armătura.



3.2.2. Clasificarea materialelor compozite în funcţie de matricea structurală

cu matrice organică (polimerică)

Un polimer se defineşte ca fiind un

lanţ lung de molecule având una

sau mai multe unităţi de molecule

(monomeri) care se repetă, legate

împreună prin puternice legături

covalente. Un material plastic sau

polimeric este o colecţie formată

dintr-un mare număr de molecule

polimer cu structura chimică

similară, dar nu neapărat de aceeaşi

lungime.

UPR – răşini poliesterice

nesaturate

VER – răşini vinilesterice

ER – răşini epoxidice

PBR – răşini polibutadinice Polimeri termoreactivi (termorigizi)

reacţionează la temperaturi înalte cu

compuşi numiţi agenţi de reticulare

pentru a forma un produs reticulat

Policlorura de vinil (PVC)

Acrilonitrit-butadien-stiren

Polistirenul (PS)

Polipropilena (PP)

Polietilena cu densitate

redusă (PE)

Polimeri termoplastici

sunt compuşi organici, care apar în

formă granulară şi constau din

molecule liniare, care nu sunt

interconectate prin legături chimice

Elastomerii

sunt polimeri care se comporta elastic

la temperatura camerei



3.3. Armătura

Armătura sau scheletul, asigură rezistenţa şi rigiditatea materialului compozit, fiind

constituită din unul sau mai mulţi componenţi insolubili în masa de bază, realizaţi din(Secu

ş.a. 1996):



- Sticlă: cea mai folosită (99%) este sticla E care prezintă proprietăţi electrice

însemnate; prin modificarea compoziţiei, se produce sticla C (proprietăţi termice

importante), sticla R (performanţe mecanice) sau sticla S (înalte proprietăţi mecanice).

- Aramidă: este o armătură de natură organică realizată dintr-un material termoplast de

tip poliamidă aromatică. Materialul de bază este turnat, filat, suferă o etirare mecanică

şi un tratament termic. Filamentele sunt în final grupate în meşe. Denumirea

comercială: Kevlar.

- Carbon: fibrele sunt obţinute prin descompunere termică neoxidantă a unui fir de

materie organică, denumit precursor, care în general este de natură acrilică

(poliacrilonitril PAN).

- Bor: este un filament gros format dintr-o inimă de tungsten sau de carbon învelit cu

bor într-un strat de 40 microni. Invelitoarea din bor este protejată cu carbură de bor de

4 microni.

- Azbest;

- Carbură de siliciu;

- Materiale ceramice.

Materialele de armare sunt utilizate îndeosebi sub formă de fibre (sute sau mii de

filamente de diametre cuprinse între 5 şi 15 microni) dar pot fi şi sub formă de bile, lamele,

solzi, pudre.

Figura 3.3. Materialele de armare



3.4. Funcţiile îndeplinite de fibre

În materialele compozite fibrele îndeplinesc următoarele funcţii:

- contribuie la creşterea rezistenţei şi rigidităţii compozitului după direcţia fibrelor;

- împiedică apariţia sau deschiderea fisurilor;

- realizează ductilitatea compozitului;

- asigură o bună comportare a compozitului la tensiuni dinamice;

- asigură stabilitatea termică.

Pentru a putea îndeplini aceste funcţii, fibrele au caracteristici fizice deosebite, parte

dintre ele fiind evidenţiate în Tabel 3.1

Tabel 3.1.Caracteristicile generale ale fibrelor

Material

Masă

volumică

Kg/m3

Modul de

elasticitate

MPa

Rezistenţă la

întindere

MPa

Temperatura

maximă

oC

Oţel 7.800 210.000 3.000 -

Tungsten 19.200 250.000 2.500 -

Sticlă 2.600 75.000 2.500 300

Sticlă R 2.500 86.000 4.400 400

Carbon HM 1.900 400.000 2.200 1.500

Carbon HR 1.850 220.000 3.000 1.500

Aramidă HM 1.450 130.000 3.600 350

Aramidă HR 1.440 70.000 3.000 350

Poliamidă 6,6 1.170 6.300 1.300 90

Poliester 1.400 8.000 550 100

Bor 2.500 450.000 3.500 500

Carbură de siliciu 3.200 450.000 2.000 1.250

Bor+carbură de

siliciu

2.600 43.000 3.800 1.000



Armătura pe bază de fibre poate fi:

- unidirecţională: fibre orientate după aceeaşi direcţie în spaţiu (Figura 3.4 a);

- multidirecţională:

- aleatorie (Figura 3.4 b);

- cu direcţii privilegiate: ţesături-bi (Figura 3.4 c) sau tridimensionale.

Rezistenta unidirectionala

Rezistenta dupa directiile preferentiale ortogonale

Rezistenta multidirectionala

Isotropie

Figura 3.4. Armatura

Compozitele armate cu ţesături-bi sau tridimensionale prezintă o serie de avantaje,

dintre care:

- îmbunătăţirea proprietăţilor fizice şi mecanice;

- reducerea zonei de degradare în caz de impact;

- limitarea propagării fisurilor.

3.4.1. Alura armăturii ţesute

Armătura ţesută este realizată din fire dirijate după două direcţii: direcţia urzelii şi

direcţia bătăturii. Firele sunt legate prin ţesere, deci prin trecerea firelor de urzeală deasupra

sau dedesubtul firelor de bătătură, urmând paşi prestabiliţi. Astfel, în fig. 3.5.b, firele de

urzeală acoperă 4 fire de bătătură înainte de a trece pe sub al cincilea. Ţesătura se numeşte

“satin 5” .



a) Pânzã b) Satin c) Serj

Figura 3.5. Alura armaturii tesute

Adaosurile tehnologice sunt necesare în compozite pentru realizarea:

- condiţiilor tehnologice;

- protecţiei materialelor componente ale compozitului;

- funcţiei de catalizator;

- funcţiei de accelerator;

- protecţiei împotriva razelor ultraviolete;

- funcţiei de ignifugare.

Materialele compozite au o bună rezistenţă la caracteristicile de mediu, cum ar fi apa

de mare (solutie salina), acizi, variaţii de temperatură, ceea ce extinde domeniul de aplicare al

acestor materiale. Producerea materialelor compozite trebuie sa tina cont de urmatoarele

aspecte:

- evaluarea proprietatilor materialelor prin experimente astfel incat caracteristicile

fizico-chimice, mecanice şi de mediu sa fie in permanenta cunoscute de utilizatori;

- definirea tuturor parametrilor procesului producţie;

- producţia in conformitate cu cerintele proiectantului (orientarea, lungimea şi tipul

fibrei).

Sistemul de gestionare a datelor, inclusiv procesul de planificare trebuie sa contina

toate datele cum ar fi proprietăţile materialelor anizotrope şi rezultatele experimentelor de

oboseală şi îmbătrânire.

Pentru faza de utilizare a produsului sunt necesare manuale cu instructiuni astfel incat

proiectantul sa cunoasca toate informatiile privind natura, caracteristicile şi eventualele

puncte slabe ale produsului.

Datorita unei game largi de componente, de multe ori materiale scumpe, se pot utiliza

mai multe metode de fabricare, uneori asemanatoare cu cele de la prelucrarea metalelor sau

cele folosite in industria textilă.



Având în vedere ca pentru fabricarea materialului compozit sunt necesare cel puţin

două componente, care sunt combinate într-o reacţie chimică, rezulta ca fabricarea

materialelor compozite este un proces complex. În plus, sunt necesare instrumentele şi unelte

speciale pentru realizarea formelor complicate. Toate informaţiile procesul de fabricare

trebuie să fie disponibile în sistemul de date, astfel incat in fiecare moment sa se cunoasca

componentele materialului, proporţia de amestec, temperaturile şi presiunile de prelucrare,

umiditatea aerului, etc, ele fiind esenţiale pentru calitatea structurală şi optică a produsului.

O altă provocare o reprezinta sanatatea şi securitatea in timpul procesului de

fabricare. Răşinile utilizate pentru producerea materialelor compozite sunt reactive chimic şi

pot afecta sănătatea participantilor la faza de productie.

Comparativ cu metalele, materialele compozite pot fi dezmembrate şi reciclate destul

de greu, din cauza aderării adezivului şi a utilizarii amestecului de materiale, cum ar fi

miezul sandwich.

Un alt dezavantaj este îmbătrânirea materialelor polimerice. Experimente privind

îmbătrânirea pot fi investigate cu diferite metode, dar simularea la toti factorii de mediu este

greu de realizat. Deci, radiatiile UV, căldura, umiditate, caracteristicile mecanice şi chimice

au efecte diferite, în funcţie de apariţia lor simultană. Acesta este motivul pentru care

definirea corectă a timpului de dezafectare este foarte dificil de realizat şi trebuie să se bazeze

pe criterii bine stabilite.

Sunt diferenţe clare între matricile termorigide, termoplastice precum şi intre fibrele

de sticlă sau cele de carbon. Polimerii termorizi şi fibre de carbon pot fi doar arse, contrar

materialelor termoplastice care pot fi modelate şi reutilizate. Prin urmare, este necesar sa se

cunoasca toate componentele chimice astfel incat reciclarea şi reutilizarea materialelor

compozite sa se poata realiza in cele mai bune conditii.

Produsul compozit trebuie să fie menţinut şi examinat în conformitate cu criteriile

definite proiectant.



4. CICLUL DE VIAŢĂ AL MATERIALELOR

4.1. Introducere

Ciclul de viaţă al materialelor compozite trebuie studiat sistematic pentru a se putea

calcula impactul pe care produsul final îl are asupra mediului. Metoda ştiinţifică general

acceptată pentru evaluarea impactului produsului final este analiza ciclului de viaţă (LCA -

life cycle assessment). Se utilizează separat cei doi termeni care indică cele două etape

principale ale analizei: inventarierea ciclului de viaţă şi respectiv, evaluarea ciclului de viaţă.

Există şi alte denumiri alternative: analiza de la leagăn la mormânt, eco-bilanţul, analiza

fluxului material (Koncsag 2004).

Analiza ciclului de viaţă este o procedură de evaluare a produsului, sistemului sau

activităţii ce identifică şi descrie cantitativ energia şi materialele folosite şi, de asemenea

deşeurile eliberate. Evaluarea include întraga durată de viaţă a produsului sau a activităţii încă

din etapa de extragere şi prelucrare a materialului brut, fabricare, transport, utilizare,

reutilizare, reciclare sau depozitare la depozitul de deşeuri.

Analiza ciclului de viaţă se face conform urmatoarelor etape:

- Stabilirea obiectivului analizei

- Analiza invetarului

- Evaluarea impactului

- Evaluarea imbunatatita sau interpretarea


Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 41

ObiectivEvaluare

imbunatatita

Evaluarea impactului:-consum de resurse

-sanatate umana- sanatatea mediului

Analiza inventarului:-material si energie consumate

-deseuri rezultate

Figura 4.1. Obiectivul analizei ciclului de viaţă

1. Definirea obiectvului este prima etapă a analizei ciclului de viaţă şi conţine

urmatoarele:

- misunea analizei: determină nivelul de dificultate al studiului

- scopul analizei : stabileşte ceea ce este inclus în sistemul de analiză și ce metode

detaliate de evaluare urmează a fi utilizate

- unităţile functionale: stabilesc legăturile între intrările şi ieşirile datelor normalizate.

Comparaţiile între produse sau sisteme trebuie făcute pe aceleaşi aspecte: eficienţa

produsului, durabilitatea produsului, performantele privind calitatea produselor

- limitările sistemului : defineşte procesul sau operatiunea (fabricare, transport şi post-

utilizarea materialului) precum şi operaţiunile ce sunt necesare în realizarea analizei

impactului.

- calitatea datelor: reflectă calitatea anaizei. Datele iniţiale definesc următorii

parametrii: durata de viaţă, limitările geografice şi tehnologia de fabricare.

- analiza critică a procesului: are scopul de a asigura calitatea analizei ciclului de viaţă

prin: metodele de analiză sunt în conformitate cu standardele internaţionale, datele

utilizate determină scopul analizei, interpretarea datelor se face conform obiectivului

analizei, raportul studiului conţine informaţii complete şi uşor de înţeles



Definirea obiectivului este etapa cu cea mai mare influenţă asupra rezultatului analizei

ciclului de viaţă. După definire obiectvului este foarte important să se obţină pareri cu privire

la analiza ce urmează a fi relizată. Aceste recenzii pot fi:

- din partea participanţilor la studiu

- din partea experţilor în domeniu

- din partea persoanelor interesa

2. Analiza inventarului este cea de-a doua etapă a din evaluarea ciclului de viaţă şi

conţine următoarele obiective:

- colectarea datelor: se pot utiliza date specifice (de la companii specifice, din domenii

specifice sau din ţări specifice) sau date generale. Datele trebuie colectate din toate

etapele ciclului de viaţă, iar calitatea datelor este esenţială. În funcţie de volumul de

date (cantitative sau calitative) se pot determina caracteristicile ale sistemlui sau

produsului analizat. Colectarea datelor este cea mai solicitantă etapa a ciclului de

viaţă. Rezultetele datelor colectate sun cuprinse in tabele de inventariere.

- redefinirea barierelor sistemului. Limitarile sunt definite în partea obiectivelor

sistemului, dar ele se pot modifica ca rezutat al deciziei de a exclude sau de a include

anumite caracteristici cu privire la ciclul de viata al produsului. Rezultatul acestui

process de redefinire al sensivitatii analizei trebuie bine documentat.

- procedura de calcul se realizeaza cu ajutorul programelor specializate

- validarea datelor : poate evidentia unde caliatea datelor poate fi imbunatatita. In

timpul procesului de colectare a datelor este necesara o permanenta validare a datelor

astfel incat sa se poata estima calitatea rezultatului.

- interacţiuni între datele din sistemul specific : pentru fiecare proces unitare trebuie

determinata o unitate de masura si un echivalent din punct de vedere al referintelor

analizate astfel incat sa se permita realizarea unui calcul complet in relatie cu toate

intrarile si iesirile sistemului.

- Alocari: in cazul in care analiza ciclului de viata a sistemului nu se poate realiza este

necesara o expansiune a limitarilor sistemului sau o alocare suplimentare de date cu

privire la impactul asupra mediului.

Lindfors si al. (1995) sugereaza ca alocarile trebuie bazate pe urmatoarele

considerente:cauze naturale sau o aproximare adecvată

- cauze economice / sociale de exemplu, preconizează câștig sau o valoare brută de

vânzare

- parametri fizici :masa, continutul de energie, zona de producție, volumul producției



Reciclarea produselor presupune că intrări și ieșiri de mediu asociate cu procesul de

fabricație al unui produs urmează să fie partajat de mai mult de un sistemul de produs.

Alcătuirea unei diagrame adecvate de proces este esentială pentru a se realiza analiza

ciclului de viaţă şi pentru a se verifica dacă sunt incluse toate procesele relevante.

3. Evaluarea impactului este de-a treia etapă din ciclul de viață al unui produs.

Evaluarea ciclului conține următoarele aspecte principale:

- definiții

- clasificarea

- caracterizarea

- evaluare / ponderare

Distincția intre elemente este necesara din mai multe motive:

- fiecare element reprezintă o alta procedura specifică;

- nu sunt necesare toate elementele pentru toate aplicațiile

- metodele si ipotezele de calculse poate face transparent și poate fi documentate și

revizuite;

- efectele metodelor si ipotezelor privind rezultatele pot fi demonstrate.

Definiții

Scopul acestei secțiuni este de a oferi îndrumari pentru selectarea și evidentierea

categoriilor de mediu.

Selecția de categorii trebuie să fie în concordanță cu scopul și domeniul de aplicare a

studiului. Această selecție nu ar trebui să fie utilizata pentru a evita sau a ascunde problemele

sau preocupările de mediu

Considrentele ce trebuie luate în considerare atunci când se face selectarea

categoriilor de impact sunt urmatoarele ( Lindfors et al . 1995) :

- Caracterul complet - toate problemele relevante de mediu ar trebui să fie acoperite

- Caracterul practic - lista nu ar trebui să conțină prea multe categorii

- Independență - dubla contabilizare ar trebui sa fie evitata

- Relația de caracterizare a impactului trebuie clar definita



Categoriile de impact avute în vedere sunt :

- resursele abiotice

- resursele biotice

- utilizarea terenurilor

- incălzirea globală

- epuizarea stratului de ozon stratosferic

- impactul ecotoxicologic

- impactul toxicologic asupra omului

- acidifierea

- eutrofizarea

- mediul de lucru

În funcție de scopul și domeniul de aplicare al studiului și privind aplicarea studiului

pot fi folosite toate elementele rezultate sau părți ale elementelor.

Clasificarea

Elementul de clasificare are scopul de a atribui datele de intrare si iesire pe categorii.

Atribuirea de date de inventar este nivelul cel mai simplu sau minim al ciclului de viață.

Clasificarea este un pas calitativ bazat pe analiza științifică de mediu a proceselor relevante.

Unele rezultate contribuie diferit la impact și, prin urmare, trebuie să fie menționată de doua

ori. Dublul rezultat este acceptabil în cazul în care efectele sunt independente una de cealaltă

în timp ce dublul electelor nu este permis .

Aspectul de timp este, de asemenea, important atunci când sunt avute în vedere

anumite categorii de impact de exemplu, încălzirea globală.

Până în prezent nu s-a stabilit un consens privind o listă implicită, unica de categorii

de impact. Prin urmare, categoriile de impact relevante pot fi selectate dintr-o listă

preliminară .

Caracterizarea

Rezultatul caracterizarii este o combinație intre categoria de indicatori prezentati in

etapa inițială de încărcare și profilul epuizării resurselor .

Evaluarea / ponderea



Procesul de evaluare nu este unul tehnic sau științific ci obiectiv unul de atribuire de

ponderi pentru indicatorii care nu sunt direct comparabili.

Procesul abordeaza trei aspecte de bază :

- să exprime preferința relativă a unei organizație sau grup de părți interesate

- sa asigure că procesul este vizibil, documentat și raportabil

- sa stabileasca importanța relativă a analizei

4. Evaluarea îmbunătăţită sau interpretarea

Evaluarea îmbunătăţită a ciclului conține următoarele aspecte principale:

- identificarea problemelor de mediu semnificative

- evaluarea

- concluziile și recomandările

În cazul în care rezultatele evaluarii nu sunt potrivite studiului, analiza trebuie să fie

îmbunătățită prin revizuirea limitelor sistemului, colectarea ulterioară de date, urmată

evaluarea îmbunătățita a impactuluivaluare . Acest proces iterativ trebuie să fie repetat până

cerintele privind în scopul și definire a domeniului sunt îndeplinite. Aceste cerinte sunt

descrise în următorii pași :

1 . Identificarea problemelor de mediu semnificative.

2 . Evaluearea privind metodologia și rezultatele pentru sensibilitate și coerența .

3 . Verificarea concluziilor

4 . Raport și concluzii finale .

Identificarea problemelor de mediu semnificative

Obiectivul acestui pas este să structureze informațiile din analiza inventarului în

scopul de a determina problemele de mediu semnificative în conformitate cu scopul și

definirea domeniului de aplicare .

Etapa de identificare include structurarea și prezentarea de informații relevante

privind:

- rezultate din diferite etape prin tabele, figuri sau diagrame

- alegerile metodologice

- metodele de evaluare folosite

- rolul și responsabilitatea diferitelor părțile interesate



În funcție de complexitatea LCA studierea problemelor de mediu semnificative ale

sistemul considerat poate fi de exemplu CO2 și SO2 sau pot fi de exemplu încălzirea globală ,

epuizarea stratului de ozon stratosferic , ecotoxicologice și impactul toxicologice umane etc

Evaluarea

Obiectivul acestei etape este de a stabili încredere în rezultatul studiului , bazat pe

fazele LCA precedente. Rezultatele trebuie să fie prezentate într-o formă simpla pentru a da o

imagine clară și ușor de înțeles asupra rezultatelor studiului .

Evaluarea se efectuează în conformitate cu scopul și domeniul de aplicare , și ar trebui

să ia în considerare utilizarea finală astudiui. Interpretarea făcut în această etapă va trebui

întărită de urmatoarele elemente

1 . verificarea integralității ;

2 . verifica sensibilitatea ;

3 . verificarea coerenței

și completată prin rezultatele analizei incertitudinii și evaluarii calității datelor

Concluzii și recomandări

Scopul acestui pas este de a ajunge la concluzii și recomandări pentru raportul

studiului LCA. Această etapă este important să îmbunătățească raportarea și transparența

studiilor. Rezultatele analizei critice a studiului sunt incluse in concluzii și recomandări.

Evaluarea imbunatatita a ciclului de viață este o procedură sistematică de a identifica,

califica, verifica și evalua informațiilor si de a trage concluziile analizei de inventar . Este un

proces de comunicare concepute pentru a oferi credibilitate într-o formă care este

inteligibilea și utila pentru decizia finala.

Analiza ciclului de viaţă (LCA) este un instrument care poate ajuta fabricantul să-şi

analizeze procesul de fabricaţie şi să-şi îmbunătăţească produsele şi, de asemenea, poate servi

la informarea consumatorului, ajutându-l să ia o decizie.

LCA presupune măsurători detaliate pe fiecare etapa a ciclului de viaţă, încă din faza

extracţiei materiei prime până la distrugerea produsului sau eventuala lui reciclare. LCA

permite cuantificarea energiei şi materiilor prime utilizate, cuantificarea fluxurilor gazoase,

lichide sau solide care rezultă în fiecare etapă a vieţii materialelor. (Koncsag 2004)

Etapa de culegere a datelor (inventarierea ciclului de viaţă) este un proces lung şi

detaliat. Totuşi limitele studiului trebuie să fie bine definite iar datele culese să fie de

încredere şi de înaltă calitate. Din această etapă se poate afla ce emisii rezultă şi ce consumuri



de materie primă, materiale şi combustibili sunt necesare pe fiecare etapa din viaţa

produsului.

Etapa de evaluare este mult mai dificilă, ea implicând interpretarea şi analiza datelor

ce au fost furnizate în etapa de culegere a datelor. Din această etapă vom afla impactul pe

care îl au emisiile din fiecare etapa a ciclului de viaţă precum şi consumurile de materii prime

şi materiale. Inventarierea ciclului de viaţă scoate la iveală consumurile de: energie,

combustibil, apă şi materie primă.

Evaluatorul (cel care analizează datele din etape de evaluare) trebuie să stabilească

semnificaţia datelor şi impactul total al produsului asupra mediului. Dificultatea evaluării este

dată de faptul că trebuie găsită o bază ştiinţifică pentru a demonstra că, de exemplu, o tonă de

emisii gazoase este mai dăunătoare decât câteva grame de poluant toxic care ar rezulta dintr-

un alt ciclu de viaţă pentru realizarea aceluiaşi produs. Evaluatorul va trebui sa stabileasca

daca un consum mai mare de energie electrică sau un consum mai mare de apă afecteaza mai

mult mediul, de asemenea trebuie gasită o corelaţie între consumurile de resurse epuizabile

(ţiţeiul) şi tăierea pădurilor. S-au găsit posibilităţi de apreciere si evaluare a anumitor

impacturi: se poate cuantifica impactul emisiilor asupra stratului de ozon sau se poate calcula

contribuţia anumitor poluanţi la producerea ploilor acide. Este destul de greu de găsit termeni

de comparaţie pentru cicluri de viaţă diferite, uneori chiar şi doi evaluatori care lucrează

independent putând obţine rezultate diferite pentru acelaşi ciclu de viaţă. (Hollawey ş.a.

2000)

O problemă ce apare este cea a confidenţialităţii şi sensibilităţii datelor. Deşi

guvernele şi publicul doresc să cunoască impactul fiecarui produs asupra mediului, multe

studii nu sunt publicate pentru că fabricanţii nu doresc să existe o transparenţă înte produsele

lor şi cele ale concurenţei.

Etapa de reciclare complică şi mai mult analiza ciclului de viaţă al produsului prin

faptul ca anumite materiale pot fi reciclate de un număr nedefinit de ori, ca în cazul fierului

când nu se mai poate spune cu precizie care este „leagănul” şi care e „mormântul”

produsului; se ştie în schimb că hârtia poate fi reciclată de 3-4 ori înainte ca fibrele să devină

prea scurte pentru a fi utilizate, iar LCA se va simplifica.



Materialul brut

Producerea

materiaului

Fabricarea produsului

finit

Faza de utilizare

Faza de post-utilizare

RECUPE RARE

REUTILIZARE

Figura 4.2. Ciclul de viata al materialelor

Pentru ca LCA să devină un instrument care să permită o măsurare corectă este

necesar să existe metode standardizate şi o legislaţie asupra limitelor acestora. De exemplu, o

limită a metodei constă în faptul că la efectuarea inventarului se ia în considerare numai

impactul din prima generaţie, adică materialele şi energia consumate direct pentru acel

produs, nu şi impactul de generaţia a doua: de exemplu, la construirea unei case se măsoară

cantitatea de cărămidă utilizată şi nu materiile prime care au servit la fabricarea cărămizii şi

nici energia consumată pentru arderea cărămizilor.

Deocamdată s-a stabilit o metodologie clară a LCA, mai completă decât cea în două

etape (inventariere şi evaluare) care, dacă este respectată punct cu punct, poate duce la

rezultate mai exacte ale analizei. SETAC (Societatea de Toxicologia Mediului şi Chimie - o

organizaţie mondială nonprofit) recomandă respectarea următoarelor etape ale LCA:

1. Planificare analizei

- stabilirea obiectivelor analizate

- definirea produsului ce urmează a fi evaluat

- alegerea limitelor sistemului analizat

- alegerea parametrilor de mediu

- alegerea metodei de asamblare a datelor şi a metodei de evaluare

- strategia pentru culegerea datelor



2. Analiza

- execuţia preliminară a analizei ciclului de viaţă

- ajustarea planului

3. Colectare şi prelucrare de date

- măsurători, interviuri, studii de literatură, calcule teoretice, căutări în baze de date

- prelucrarea datelor

4. Evaluare

- clasificarea tabelului de inventar pe categorii de impact

- însumarea pe categorii

- normalizarea

- determinarea ponderii categoriilor

5. Optimizarea evaluării

- analiza de sensibilitate

- stabilirea priorităţii activităţilor de îmbunătăţire şi evaluarea fezabilităţii acestora

Analiza ciclurilor de viaţă implică utilizarea de sofware specializate. Un software

complet serveşte la colectarea, analiza şi monitorizarea performanţelor de mediu ale

produselor şi serviciilor, dar şi la modelarea şi analiza ciclurilor de viaţă complexe într-un

mod sistematic şi transparent. Există software care analizează şi calculează toate costurile

unui produs, nu numai pe cele de mediu, integrând de analiza bazată pe evaluarea riscului.

Ca urmare analiza ciclului de viaţă ne permite să apreciem în ce măsură un produs

este ecologic, iar în cazul aceluiaşi produs provenit din două cicluri de viaţă diferite, se poate

aprecia care este ciclul de viaţă mai ecologic.

Pentru a se putea dezvolta un produs ecologic trebuie respectate cele 8 reguli ale

designului ecologic (proiectare ecologică):

1. Se proiectează cicluri de viaţă nu produse.

Scopul designului ecologic nu este acela de a avea produse „verzi”, ci cicluri de viaţă

ale produselor în deplină armonie cu mediul. Nu trebuie să ne gândim la produs numai prin

prisma utilizării sale, ci trebuie să gândim consumurile şi emisiile în fiecare etapă a ciclului

de viaţă al produsului.

2. În unele cazuri materialele naturale nu sunt neapărat mai bune din punct de

vedere ecologic decât cele sintetice.



Un kilogram de lemn poate să producă mai puţine emisii în ciclul de viaţă al

produsului decât un kilogram de material plastic, dar trebuie să se ţină cont că utilizarea

lemnului presupune tratamente chimice, uscare, vopsire, tăiere. De precizat este că în unele

cazuri, pentru produsele la care există varianta confecţionării din material lemnos sau din

materiale plastice, consumul de lemn poate fi chiar şi de 10 ori mai mare decât consumul de

polimeri.

3. Consumul de energie trebuie estimat corect.

În cele mai multe cazuri consumul de energie este subapreciat. Mulţi proiectanţi se

concentrează asupra materialelor folosite şi nu ţin cont de consumul de energie din timpul

utilizării produsului. În cazul aparatelor electrice, consumul de energie manifestat în timpul

utilizării trebuie să prevaleze faţă de consumul de material pentru confecţionarea produsului.

De exemplu, pentru producerea a 10 KWh electricitate se consumă echivalentul a 2 kg ţiţei;

pentru fabricarea unui kilogram de plastic, se consumă 1.5 -2.5 kg ţiţei; o maşină de găurit

consumă pe durata vieţii sale 30 KWh , echivalentul a 60 kg ţiţei iar pentru confecţionarea

maşinii de găurit se utilizează mai puţin de un kilogram plastic.

4. Durata de viaţă a produsului trebuie prelungită cât mai mult.

În acest caz educaţia publicului trebuie făcută în sensul prelungirii duratei de utilizare

a produselor.

Produsul este mai durabil dacă a fost conceput cu posibilităţi de modernizare. De

exemplu, o piesă de ultimă generaţie poate înlocui o piesă cu un design mai vechi la o maşină

de spălat dublându-i viaţa; maşina veche nu se aruncă, nu se mai consumă materiale şi

energie şi nu se mai produc emisii pentru fabricarea unei maşini noi, micşorându-se impactul

produsului asupra mediului.

Mai este vorba aici şi de impactul psihologic: uneori oamenii se ataşează de obiecte şi

preferă să le prelungească viaţa, înlocuind câte o piesă. Alteori dimpotrivă, produsele sunt

aruncate înainte de epuizare pentru că oamenii s-au plictisit de ele.

5. Se proiectează servicii, nu produse.

În cele mai multe cazuri, oamenii nu doresc obiecte sau produse, ci soluţii pentru

anumite cerinţe ale lor. Ca exemplu poate fi dat sistemul „car sharing” mai ales în cazul

tinerilor, deoarece ei nu au nevoie de o maşină tot timpul, ci numai ocazional sau în anumite

segmente orare ale zilei. Sistemul „sharing” micşorează impactul asupra mediului pentru că

se fabrică mai puţine produse.

6. Economia de materiale.

Problema economiei de materiale şi resurse este mai complexă decât pare. Prima

problemă ce se pune este de a economisi resursele naturale. Un produs care conţine mai puţin



material este, de obicei mai ieftin. În unele sectoare ale industriei, problema micşorării

dimensiunilor produsului şi scăderii greutăţii acestuia este chiar vitală: de exemplu, un

vehicul mai uşor are un consum mai mic de combustibil. În unele metode de evaluare a

impactului, greutatea este cel mai important criteriu, cu ajutorul ei se determină consumul de

energie, urmând ca, la final, să se poată determina amprenta de carbon.

7. Reciclarea materialelor.

Prin reciclarea materialelor, abordarea cu privire la epuizarea materialelor îşi

micşorează anvergura, deci presiunea asupra resurselor naturale scade şi aceasta ne va pune

în armonie cu mediul.

8. Proiectarea de produse reciclabile.

Pentru ca un produs să fie reciclabil, el trebuie să se poată dezmembra cu uşuriţă, iar

randamentul de reciclare să fie suficient de mare ca să merite efortul. Se pot mări şansele

unui produs de a fi reciclabil dacă se optimizează proiectarea sa.

Consiliul Europei întrunit în martie 2000 la Lisabona a stabilit un plan de acţiune

numit Agenda de la Lisabona sau Procesul Lisabona sau Strategia de la Lisabona, iar de

atunci UE a implementat câteva iniţiative şi acţiuni care să susţină progresul în mod durabil.

De exemplu, Directiva 2000/53/EC ELV (End of Life Vehicles) cerea ca până în 2002 ţările

membre UE să introducă în legislaţia lor proceduri privind reducerea deşeurilor provenite de

la autovehiculele scoase din uz, să aibă prevederi stricte privind tratamentul ELV iar agenţii

economici care fac aceste tratamente să fie autorizaţi, cetăţenii să-şi poată duce un ELV la un

astfel de centru fără să plătească taxe, legislaţia să aibă prevederi clare privind proporţia

materialelor reciclate şi să restricţioneze utilizarea metalelor grele la fabricarea

autovehiculelor.

Consiliul Europei din 2001 de la Gőteborg a discutat documentul elaborat de Comisia

Europeană şi intitulat: „O Europă durabilă pentru o lume mai bună: o strategie europeană

pentru dezvoltare durabilă”. În urma consultărilor membrilor Consilului, strategia a cuprins

măsuri care să rezolve ameninţările la calitatea vieţii noastre, concentrându-se pe probleme

precum: schimbarea climei, sărăcia şi ameninţările la adresa sănătăţii. În februarie 2002,

Comisia Europeana a adoptat un al doilea document: ”Către un parteneriat global pentru

dezvoltare durabilă”. În anul 2005 s-a relansat Strategia de la Lisabona, revizuindu-se

obiectivele generale de dezvoltare durabilă şi principiile care trebuie să stea la baza politicilor

comunitare şi naţionale.

Obiectivele generale stabilite de Consiliul Europei pentru dezvoltare durabilă sunt:

1. Protecţia mediului - protejarea capacităţii Pământului de a susţine viaţa în întreaga

ei diversitate, respectând limitele resurselor naturale şi îmbunătăţind calitatea mediului

înconjurător.



2. Echitatea socială şi coeziunea socială - promovarea unei societăţi democratice, cu

manifestarea coeziunii între clasele sociale, o societate sănătoasă, sigură şi corectă în care

sunt respectate drepturile fundamentale şi diversitatea culturală şi care să creeze oportunităţi

egale pentru cetăţeni, combătând discriminarea de orice fel.

3. Prosperitatea economică - o economie bogată, bazată pe inovaţie şi pe cunoaştere,

competitivă, eficientă, ecologică şi care să creeze standarde de viaţă ridicate, locuri de muncă

de bună calitate, pentru toţi cetăţenii UE.

4. Îndeplinirea responsabilităţilor internaţionale - încurajarea statului şi apărarea

stabilităţii democratice în toată lumea. Promovarea activă a dezvoltării durabile în toată

lumea şi asigurarea că politica internă şi externă a UE se supune dezvoltării durabile şi

obligaţiilor internaţionale.

Principiile dezvoltării durabile, adoptate în 2005 în cadrul strategiei Lisabona

revizuite sunt:

- energia curată;

- transportul sustenabil;

- producţia şi consumul sustenabile;

- sănătatea publică;

- managementul îmbunătăţit al resurselor naturale;

- incluziunea socială;

- lupta împotriva sărăciei globale.

Conform acestor principii, orice produs ar trebui să fie fabricat, consumat şi

transportat în mod durabil, în scopul protejării mediului şi asigurării prosperităţii societăţii pe

termen lung. Pentru a se putea realiza acest lucru în mod ştiinţific s-a luat în considerare

ciclul de viaţă al produsului, redat schematic în Figura 4.2

În general, ciclul de viaţă al produsului cuprinde următoarele etape:

- extracţia şi prelucrarea materiilor prime;

- manufacturarea sau fabricarea produsului;

- ambalarea, transportul şi comercializarea;

- utilizarea, reutilizarea şi mentenanţa produsului;

- depozitarea ca deşeu, distrugerea la capătul vieţii sau reciclarea.



Manufacturare

Extractie si prelucrare

materie prima

Ambalare, transport,

comercializare

Utilizare, reutilizare,

mentenanta

Depozitare,

distrugere, reciclare

Figura 4.3. Ciclul de viaţă al produsului

4.2. Metode de evaluare a ciclului de viata

Organizaţia Internaţională pentru Standardizare (ISO) defineşte analiza ciclului de

viaţă ca „o tehnică pentru analiza aspectelor de mediu şi a impacturilor potenţiale asociate

unui produs prin: evidenţierea şi inventarierea inputurilor şi outputurilor relevante ale

sistemului; evaluarea impacturilor asupra mediului asociate acestor inputuri şi outputuri;

interpretarea rezultatelor în funcţie de scopul analizei ". Înainte de demararea procesului de

analiză statistică, cu ajutorul metodelor statistice, trebuie urmaţi câţiva paşi preliminari:

- formarea echipei de lucru;

- stabilirea ţintelor care se doresc a fi atinse;

- identificarea obiectului analizei: produs nou sau produs existent;

- stabilirea modului de diseminare a rezultatelor;

- verificarea existenţei unor studii similare care să permită comparaţii;

- analiza comparată între produsul întreprinderii şi cel al concurenţilor;

- identificarea standardelor de calitate;



- analiza ultimei funcţii de producţie existente şi a modului în care aceastamai satisface

actualele cerinţe;

- analiza principalelor caracteristici de mediu asupra cărora se concentrează

întreprinderea;

Pentru fiecare stadiu din viaţa produsului se colectează datele necesare analizei

statistice. Se construieşte un tabel cu ajutorul căruia se cuantifică cantităţile de materii prime

şi energie folosite, precum şi cele de deşeuri solide, lichide şi gazoase generate în fiecare

stadiu al ciclului de viaţă al produsului. Odată cuantificate inputurile în sistem se calculează

outputurile: deşeuri solide, deşeuri lichide (ape poluate), emisii în aer.

Rezultatele analizei ciclului de viaţă se clasifică în funcţie de categoriile uzuale de

impact: încălzirea globală, utilizarea resurselor neregenerabile, pierderi în biodiversitate,

toxicitate umană, eco-toxicologie, radiaţii, condiţii de muncă, mirosuri neplăcute, deprecierea

stratului de ozon, poluarea apelor, acidifierea, eutrofizarea, zgomote, deşeuri, degradarea

peisajului.

Datele culese referitoare la impacturile asupra mediului asociate fiecărui stadiu din

ciclul de viaţă a produsului sunt exprimate în unităţi fizice diferite, de exemplu, energia în

jouli, cantitatea de deşeuri în kilograme, poluarea în aer în particule per milion şi este

obligatorie evidenţierea acestora în tabel pentru a se putea da sens indicatorilor statistici ce

vor fi calculaţi ulterior.

Pentru a ajuta procesul de analiză statistică, datele astfel culese se grupează în tabele

şi se reprezintă grafic. O analiză completă şi detaliată a tuturor impacturilor asociate unui

produs, de la naşterea până la eliminarea sa, poate fi costisitoare şi de lungă durată însă făcută

cu regularitate sau doar asupra acelor aspecte considerate ca fiind mai importante înlătură

aceste inconveniente. Analiza statistică din perspectiva ciclului de viaţă a produsului arată

dacă impactul este cauzat de propria activitate sau dacă apare din cauza furnizorilor de

materii prime sau a beneficiarilor.

O întreprindere care doreşte ca produsul său să fie ecoetichetat are obligaţia să urmeze

paşii unei astfel de analize, întrucât toate schemele naţionale de ecoetichetare utilizează

analiza ciclului de viaţă pentru stabilirea criteriilor de ecoetichetare.

Beneficiile obţinute în urma analizei din perspectiva ciclului de viaţă pot fi sintetizate

astfel: beneficii financiare, noi orizonturi privind reproiectarea produsului,activitate de

marketing eficientă

- în cazul beneficiilor financiare : prin analiza statistică din perspectiva ciclului de

viaţă se descoperă acele stadii în care pot fi diminuate costurile sporindu-se astfel

eficienţa economică;

- în cazul proiectării sau reproiectării produsului : perspectiva ciclului de viaţă poate fi

adoptată în procesul de luare a deciziilor referitoare la proiectarea sau reproiectarea



produsului sau procesului şi poate fi utilizată la compararea impacturilor asupra

mediului a diferitelor opţiuni de proiectare, a avantajelor şi dezavantajelor, iar

rezultatele analizei permit proiectanţilor şi fabricanţilor să se focalizeze pe acele

aspecte cu impact semnificativ asupra mediului;

- în activitatea de marketing: marile întreprinderi folosesc analiza ciclului de viaţă ca

instrument de marketing (a avea produse care respectă cerinţele dezvoltării durabile

este un avantaj care duce la creşterea vânzărilor) prin utilizarea acesteia ca bază

pentru o campanie publicitară concentrată pe idea impactului redus asupra mediului

pe care îl are un produs, focalizarea făcându-se nu numai asupra propriilor

performanţe de mediu, ci şi pe cele ale furnizorilor şi distribuitorilor (cu alte cuvinte,

ele se concentrează asupra performanţelor de mediu ale tuturor celor implicaţi înciclul

de viaţă a produsului lor, încurajându-şi astfel partenerii să-şi îmbunătăţească

performanţele de mediu.

Analiza inventarului implică proceduri pentru colectarea şi calculul datelor asupra

sistemului-produs care vor fi incluse în inventar, pentru cuantificarea intrărilor de materiale

sau energie sau substanţe chimice, precum şi a ieşirilor de materiale, energie, produse,

evacuări în aer, apă, sol -care sunt relevante pentru sistemul-produs.

Colectarea intrărilor şi ieşirilor unui sistem-produs pe durata ciclului de viaţă al

acestuia este denumită analiza inventarului. Datele utilizate pot proveni dintr-o varietate de

surse, incluzând măsurări directe, materiale teoretice şi bilanţuri de energie, date statistice,

informaţii din publicaţii. Datele colectate şi calculate servesc pentru elaborarea de

interpretări, concluzii şi recomandări pentru decidenţi. Atunci când sistemul studiat implică

produse multiple (de exemplu produse multiple la rafinarea petrolului: motorină, benzină, gaz

natural) sunt necesare proceduri de alocare pentru distribuirea fluxurilor de intrare sau de

ieşire spre şi din sistemul-produs. Fluxurile de materiale şi energie (intrări sau ieşiri) precum

şi evacuările în mediu asociate sistemului trebuie alocate diferitelor produse în

conformitatecu proceduri documentate şi justificate.

De-a lungul anilor s-au dezvoltat programe, produse şi proiecte prin intermediul

carora se evalueaza impactul asupra mediului, dintre care amintim:

1. Produsul Ecology Project (Suedia) - EPS

Ecology Project a fost lansat în 1992 ca o inițiativă a Federației Industriilor din Suedia.

Ideea de bază a proiectului a fost de a dezvolta un sistem de calcul pentru a ajuta dezvoltatorii

de produse, cumpărători și alti factori în luarea deciziei cu privire la impactul asupra

mediului. O versiune de PC software a Sistemului Prioritate de Mediu (EPS) a dezvoltat un

pachet de educație pe dezvoltarea de produse ecologice.



2. Proiectul NEP (Scandinavia)

Proiectul NEP (Nordic project on Environmentally Sound Product) constă din două părți:

- dezvoltarea unei structuri comune pentru o bază de date LCA,

- o serie de studii de caz efectuate de către companii norvegiene și suedeze.

În cadrul proiectului, evaluarea ciclului de viata a fost realizata cu instrumente de dezvoltare

de produse sistematice, cum ar fi implementarea calitatii functionale (Quality Function

Deployment - QFD) şi analiza costului de viata (Life Cycle Cost Analysis - LCCA)

(Hanssen, 1994, Hanssen, 1995). Membrii proiectului au fost aparent mulțumiți cu conceptul

integrat, dar exista o lipsă de informații cu privire la performanța de mediu, cerințele

clientului evaluate și economia ciclului de viață.

3. Programul Eco-Design (Olanda)

Programul Eco-design a fost un proiect experimental în care opt companii au încercat să

includă aspecte de mediu, în scopul de a se ajunge la produse îmbunătățite. Una dintre ideile

de bază în cadrul proiectului a fost de a stabili o echipă formată din dezvoltatorii de produse

din cadrul unei companiiformata din experți de mediu. Atât încât evaluăril cantitative cat și o

abordare mai conceptuală ciclului de viață au fost utilizate în cadrul proiectului

4. Programul Eco-Indicator (Olanda)

Programul Eco-indicator a dus la o procedură de screening a analizei ciclului de viaţă

pentru proiectare. Ideea este de a avea un număr unic pentru fiecare proces și material, care

reflectă impactul pe fiecare etapa a ciclului de viaţă - de la leagăn la mormânt (cradle to grave

impacts). Având numere unice pentru fiecare unitate de proces, nu este necesar să se

stabilească procese arbori sau reguli privind colectarea datelor privind emisiile. LCA este

simplificat în mod semnificativ, dar metodologia nu dă libertatea de a lucra cu alte seturi de

date, de exemplu, pe tehnologii diferite. Rezultatele programului și metodologia a fost

publicată de către Goedkoep colab. (1996) și sunt mereu actualizate.

5. Programul Tehnologia Materialelor (Danemarca)

Programul Tehnologia Materialelor a dezvoltat o metodologie pentru screening-ul

impactul potențial al ciclului de viață în etapa de dezvoltare a materialelor și produselor

(Schmidt et al. (Coord.), 1994). Metodologia și baza de date pot fi utilizat pentru calcule

preliminare privind contribuția la impactul global: de mediu, de sănătate, impactul ecologic și

opțiuni de gestionare a deșeurilor. Metodologia oferă baza pentru eventualele comparații cu

tehnologiile existente.



6. Proiectul EDIP (Danemarca)

In proiectul EDIP au fost implicate cinci companii daneze, în colaborare cu Institutul

pentru Dezvoltarea Produsului de la Universitatea Tehnică din Danemarca (Institute for

Product Development at the Technical University of Denmark) și alte centre de cunoaștere.

Scopul proiectului a fost de a da echipei de proiectare accesul la metodele și instrumentele

care sprijină introducerea de criterii de mediu în dezvoltarea de produse. Criterii detaliate și

metode de evaluare a impactului asupra mediului au fost raportate pe scară largă (de

exemplu, Wenzel et al., 1996 și 1997), și o bază de date de sprijin a fost lansata de către

Agenția Daneză de Protecție a Mediului.

7. Proiectul Life Cycle Design (SUA)

Proiect de design al ciclului de viață a dus la elaborarea unui manual (Keoleian și

Menerey, 1993). Nucleul proiectului este cadrul de formularea a 5 matrice conceptuale

privind performanța de mediu, costuri, aspecte legale și culturale ale procesului de proiectare

în ceea ce privește întregul ciclu de viață. Formularea, identificarea și ponderea diverselor

cerințe de proiectare sunt evidențiate ca puncte forte într-un proiect de succes, în combinație

cu un sistem de management de mediu bine organizat. A doua fază a proiectului este

reprezentată de o serie de proiecte demonstrative, ale caror rezultate sunt în prezent raportate.

Inventarele ciclului de viaţă sunt efectuate cu pachete software dedicate, de exemplu

GaBi Software, dezvoltat de PE International (Germania) sau SimaPro LCA Software,

dezvoltat de PRé Consultants (Olanda). În software SimaPro LCA sunt incluse mai multe

metode de evaluare a impactului de mediu, de exemplu Eco-Indicator 99, CML 92, EPS

2000, Impact 2002+, EPD method. Rezultatele analizei inventarului se prezintă sub forma

unui "inventar al ciclului de viaţă" (LCI-Life cycle inventory), elaborat ca un tabel-inventar

care listează intrările şi ieşirile în mediu, exprimate prinfluxurile elementare materiale şi

energetice în mediu, asociate cu unităţile lor funcţionale(de exemplu: kg de dioxid de carbon,

miligrame de fenol, kg de minereu de fier, de gaz natural etc.)

Versiunea demo gratuită este disponibila pentru mai multe programe, dar ea are o

valoare limitată pentru potențialii cumpărători, datorită limitărilor de capacitate. Aspectele

esentiale ce trebuiesc luate in considerare sunt discutate în cele ce urmează:

- Baza de date ar trebui să conțină informații privind ciclului de viață pentru o cantitate

mare de materii prime, produse chimice, scenarii și moduri de transport. Este necesar

sa se ia în considerare limitele sistemului, specificificul (de exemplu, numărul de

emisii), și calitatea datelor (de exemplu, vârsta). Baza de date ar trebui să aibă, de

asemenea, posibilitatea de păstrare și utilizare a datelor proprii, precum și un format

comun de date.



- Calcule de inventar- are software-ul posibilitatea de a utiliza diferite tipuri de norme

în calcul

- Evaluarea impactului. Ce metode sunt utilizate pentru evaluarea impactului? Sunt în

conformitate cu cerințele din standardul ISO?

- Interpretare. Soft-ul poate ajuta în interpretarea LCA prin efectuarea unuei analize de

senzitivitate.

- Raportarea - facilitățile de raportare trebuie sa satisfaca nevoile dumneavoastra, de

exemplu, exportul catre alte programe de tratament suplimentar (procesare text, calcul

tabelar).

O privire de ansamblu a instrumentelor de software comercial este prezentata în Tabel

4.1 Lista de instrumente de evaluare a ciclului de viață disponibile:

Tabel 4.1. Lista de instrumente de evaluare a ciclului de viață disponibile

Nr.

crt. Name Detalii comercializare Versiune Provenienta

1. Boustead

Boustead

Phone +44 403 864 561

Fax +44 403 865 284

2 Europa

2. CLEAN EPRI

Phone +1 415 960 5918

Fax +1 415 960 5965

2 US

3. CUMPAN Univ. of Hohenheim - Germania 4. CES Edu Pack Garanta Design Limited 2 U.K. 5. EcoAssessor PIRA - U.K. 6. EcoManager Franklin Associates, Ltd. Phone:

+1 913 649 2225

Fax +1 913 649 6494

1 Europa

7. ECONTROL Oekoscience - Elvetia 8. EcoPack2000 Max Bolliger 2.2 Elvetia 9. EcoPro EMPA Phone +41 71 300101

Fax +41 71 300199

1 Elvetia

10. EcoSys Sandia/DOE - U.S. 11. EDIP Inst. for Prod. Devel. Phone +45

4295 2522

- Danemarca

12. EMIS Carbotech - Elvetia 13. EPS IVL Fax +46 314 82180

1 Suedia

14. GaBi IPTS

Phone +49 7021 942 660

Fax +49 7021 942 661

2 Germania

15. Heraklit Fraunhofer Inst.

Phone +49 89 149009 89

Fax +49 89 149009 80

- Germania

16. IDEA IIASA (A)/VTT (SF)

Fax +358 (0) 456 6538

- Europa

17. KCL-ECO Finnish Paper Inst.

Phone +358 9 43 711

1 Finlanda



Nr.

crt. Name Detalii comercializare Versiune Provenienta

Fax +358 9 464 305

18. LCA1 P&G/ETH 1 Europa 19. LCAD Battelle/DOE - U.S. 20. LCAiT Chalmers Industriteknik Phone

+46 31 772 4237

Fax +46 31 82 7421

2.0 Suedia

21. LCASys Philips/ORIGIN - Olanda 22. LIMS Chem Systems

+1 914 631 2828

+1 914 631 8851

1 U.S.

23. LMS Eco-Inv Christoph Machner 1 Austria 24. Oeko-Base II Peter Meier Phone +41 1 277

3076

Fax +41 1 277 3088

- Elvetia

25. PEMS PIRA Phone +44 0 1372 802000

Fax +44 0 1372 802238

3.1 Europa

26. PIA BMI/TME Phone +31 70 346

4422

Fax +31 70 362 3469

1.2 Europa

27. PIUSSOECOS PSI AG - Germania 28. PLA Visionik ApS Fax +45 3313 4240 - Danemarca 29. REGIS Sinum Gmbh Phone +41 51 37 61 - Elvetia 30. REPAQ Franklin Associates, Ltd. Phone

+1 913 649 2225

Fax +1 913 649 6494

2 U.S.

31. SimaPro Pré Consulting Phone +31 33 461

1046

Fax +31 33 465 2853

3.1 Olanda

32. SimaTool Leiden Univ. - Olanda 33. Simbox EAWAG - Elvetia 34. TEAM

Ecobalance +1 301 548 1750

+1 301 548 1760

1.12 & 2 Europa

35. TEMIS Oko-Institut Phone +49 761

473130

Fax +49 761 475437

2 Europa

36. TetraSolver TetraPak - Europa 37. Umberto IFEU +49 40 462033

+49 40 462034

- Germania

38. Umcon Particip Gmbh - Germania 39. Öekobilanz von

Packstoffen

BUWAL EXCEL-

files Elvetia

In prezentul studiu, calculul amprentei de carbon în funcţie de energia consumată s-a

realizat cu programul CES Edu-Pac. Programul conține o bază de date legată de

caracteristicile diferitelor materiale folosite în domenii precum construcții civile, design,

inginerie aerospațială, bio-energie, polimeri etc.



Pe lângă aceste date, programul oferă posibilitatea întocmirii unui raport de mediu pe

baza materialelor componente ale produsului. Eco-auditul, cum este numită opțiunea de

scriere a raportului, cuprinde 4 părți:

1. Materialul, procesul de fabricație și post-utilizarea



Materialele ale caror caracteristici sunt cunoscute de programul CES Edu Pack sunt

împarţite în patru categorii: ceramici si sticle; materiale compozite hibride şi materiale

naturale; metale şi aliaje din metale şi în ultima categorie polimerii

2. Transportul



3. Utilizarea

4. Întocmirea raportului.



În prima secțiune sunt definite tipul și cantitatea de material brut și reciclat, procesul

prin care se obține produsul precum și metoda de post-utilizare a acestuia.

În post utilizare sunt definite cele 5 metode :

- depozitare,

- incinerare,

- reciclare,

- regândirea/reabilitarea,

- reutilizarea.

A doua secțiune face o estimare a emisiilor rezultate din transport. Datele de intrare

folosite pentru calcul sunt cele legate de tipul modului de transport (maritim, terestru şi

aerian) precum și distanța parcursă.

A treia secțiune, utilizarea, are ca date de intrare durata estimată de viață a produsului și

mixul energetic al tării respective. Pentru România, pentru 2010, mixul este aproximativ

55%.



5. DETERMINAREA AMPRENTEI DE

CARBON ÎN CICLUL DE VIAȚĂ AL

MATERIALELOR DE CONSTRUCȚIE

Un produs achizitionat dintr-un magazin produce emisii de gaze indirect din

activitățile de producere a energiei, transport, depozitare și împachetare a produsului, dar și

emisii directe atunci când acel produs folosește combustibili care prin ardere produc gaze cu

efect de seră. Întreg ciclul de viata al unui produs, de la fabricare până la înlăturare, ne

permite să identificăm diferitele procese fizico-chimice care se produc şi din care rezultă

gazele cu efect de seră (Philander SG. 2008).

5.1. Concept şi modalităţi de calcul

Conceptul de amprentă de carbon a derivat de la conceptul de amprentă ecologică,

care reprezintă suprafața de pământ și apă necesară pentru producerea unei cantități de

biomasă indispensabilă unei populații. Astfel amprenta de carbon se referă la suprafața de

pământ necesară pentru a asimila cantitatea de dioxid de carbon produsă de omenire. Cu

timpul această definiție s-a modificat căpătând o formă hibridă între definiția inițială a

amprentei de carbon și indicatorii folosiți pentru evaluarea schimbărilor climatice. (Divya

Pandey, Madhoolika Agrawal, & Jai Shanker Pandey, 2010)

Astfel sursele de gaze care afectează balanța radiativă a atmosferei și implicit

climatul, se împart în 3 grupuri:

1. Gazele cu efect direct asupra climatului (gazele cu efect de seră – CO2, CF4, C2F6 etc. )

2. Gazele care au un efect neglijabil asupra climatului, dar care indirect afectează

procesele chimice și fizice din atmosferă (NOx, CO, NMHC)

3. Gazele care pot afecta și direct și indirect climatul (CH4, CFC, HCFC etc.),



Convenția de semne pentru aceste gaze cu efect de seră este următoarea:

+ : pentru cele care măresc radiația solară;

- : pentru cele care reduc radiația solară. (J.S. Fuglestvedt, I.S.A.

Isaksen, & W.C. Wang, 1994)

Conceptul de Global Warming Potential (GWP) a fost introdus pentru a se putea

compara şi clasifica emisiile de gaze din atmosferă. Fiecare produs are o amprentă diferită

funcție de locul unde este produs, materialul de fabricare și funcție de consumul de energie

necesar pentru producerea produsului.

Toate emisiile sunt raportate la un sistem de referință astfel încât să se poată avea un

ordin de mărime al efectele produse de aceste gaze. Sistemul de referinţă este conturat în

jurul dioxidului de carbon considrat a fi gazul de referință, restul gazelor cu efect de seră

raportându-se la el. Gazele cu efect de seră sunt transformate în emisii de dioxid de carbon

echivalent - CO2e, transformarea făcându-se folosind coeficienții potențiali de încălzire

globală pe diferite perioade, perioada cea mai des folosită este pe o sută de ani (GWP100) sau

potențialul gazelor de seră (GHP).

Formula de calcul a GWP conform IPCC este:

2 2

0

0

d

d

n

i i

n

CO CO

a c tGwP

a c t

(1)

ai = radiația forțată instantanee datorită creșterii concentrației gazelor cu efect de seră i,

ci = este concentrația la timpul t și orizontul de timp n.

În final definiția amprentei de carbon ar trebui să fie : Cantitatea de gaze cu efect de

seră, exprimată în dioxid de carbon echivalent, emise în atmosferă de un individ, organizație,

proces sau eveniment, în cadrul unei limite specificate. (Divya Pandey, Madhoolika Agrawal,

& Jai Shanker Pandey, 2010).

Potențialul de încălzire globală este un indice ce reprezintă raportul dintre încălzirea

produsă de o anumită cantitate de gaz și încălzirea produsă de aceeași cantitate de dioxid de

carbon.Toate politicile legate de schimbările climatice urmăresc atingerea unor activități ce

nu influențează concentrațiile gazelor cu efect de seră. Acest concept prin care din atmosferă

nu este captat și nici emis dioxid de carbon poartă numele de neutralitate a carbonului.



5.1.1. Gazele cu efect de seră

Activităţile umane produc și emit peste 50 de gaze diferite în atmosferă,deşi unele

sunt emise în cantităţi mici. Protocolul de la Kyoto prevede ca șase gaze să fie monitorizate şi

incluse în inventarele naționale. Aceste gaze sunt :

- Dioxid de carbon (CO2);

- Metan (CH4);

- Protoxidul de azot N2O;

- Hexafluorură de sulf (SF6);

- Hidroflurocarburi (HFC);

- Perfluorocarburi (PFC);

Dioxid de carbon (CO2)

Dioxidul de carbon este un gaz inodor, incolor, foarte stabil; este un gaz neinflamabil

format dintr-un atom de carbon şi doi atomi de oxigen. Acest gaz se află în atmosferă în

proporţie de 0,036%. Având o concentrație atât de mică, măsurarea acestui gaz se face

folosind standardul de măsurare de părți per milion(ppm). Concentrația acestui gaz a fost în

2005 de 379 ppm, care duce la o radiație forțată de +1.66[+/-0.17]Wm-2 (4). Din 1995 până

în 2005 concentrația dioxidului de carbon în atmosferă a avut o creștere medie de 1.9 ppm/an.

Acest gaz are un rol important pentru biosfera Pământului, plantele absorbind

dioxidul de carbon din atmosferă și prin procesul de fotosinteză, în prezența radiație solare,

este eliminat oxigenul. O reacție chimică simplificată pentru fotosinteză, din care rezultă apă,

oxigen și zahăr, ar fi:

6CO2 + 12H2O+ energie solară = C6H12O6 + 6H2O+6O2

Concentrația atmosferică a acestui gaz a fost monitorizată din anul 1958 la Mauna

Loa în Hawaii şi în alte puncte cum ar fi Polul Sud, dar măsurătorile de referință rămân cele

din Manua Loa. Corelând aceste date cu datele legate de calota glaciară se poate trace

concluzia că nivelul concentraților de CO2 a crescut de la 280 ppm în perioada preindustrială

(definită ca o medie pentru câteva secole înainte de 1750) la aproximativ 380 ppmv în 2005-

precizia variază pe glob şi în timp de-a lungul anului, datorită modificări anotimpurilor în

emisfera nordică ca influenţă predominantă a ciclului anual.

O examinare mai atentă a datelor din zona Mauna Loa arată că acestea au fluctuații

apreciabile, cu vârfuri considerabile. Se observă o creștere a concentraților atmosferice de la

an la an, iar panta curbei ne arată trendul de creștere s-a accelerat. Se mai poate observa că

această creștere nu este una monotonă, ci variază sus - jos în funcție de un ciclu regulat cu

aproximativ 3% (7ppm) în fiecare an. Această variație este dată de variația anotimpurilor și



influența acesteia asupra procesele de fotosinteză din plante, dar nu influențează respirația

celorlalte organisme și a materiei organice aflată în descompunere.

Metan -CH4

La presiunea atmosferică normală şi temperatură normală, metanul este un gaz

incolor, inodor compus dintr-un atom de carbon şi patru de hidrogen (formulă chimică CH4).

În prezența oxigenul poate arde formând dioxid de carbon (CO2) şi apă (H2O). Metanul este

ingredientul principal al gazului natural, care se găsește în subteran în cantități mari, putând fi

folosit drept combustibil. Acesta este produs de unele bacterii anaerobe care se dezvoltă în

absența oxigenului. Depozite mari de metan există în permafrostul Arctic şi pe fundul

oceanului sub formă de metan hidratat înghețat (denumit și metan clatrat); se estimează că

există o cantitate de carbon în acest metan hidratat înghețat decât în toate depozite petroliere,

gaze naturale şi cărbune de pe Pământ (Brenda Wilmoth Lerner , K. Lee Lerner 2008).

Concentrația metanului în atmosferă este de 0.00018% adică de 1.800ppb (părți per

bilion). Acest gaz reacționează cu alte gaze atmosferice cum ar fi hidroxili radicali (OH) sau

ozonul. Interacțiunea cu hidroxili reprezintă principala reacție de reducere a metanului din

atmosferă, din care se obțin vapori de apă și dioxid de carbon. Spre deosebire de dioxidul de

carbon care este un gaz stabil, metanul rămâne în atmosferă doar 12 ani.

Analiza concentraţiilor de metan în atmosferă (CH4) a început în anul 1978 și acesta a

prezentato evoluție similară cu cea a dioxidului de carbon. Concentrațiile au crescut de la un

nivel de aproximativ 700 părți per bilion (ppb) în perioada pre-industriala la circa 1774 ppb la

sfârşitul anului 2005. Din nou, rata de creştere a fluctuat în ultimii ani scăzând de la 15 ppb în

1980 la aproximativ 10 ppb, deşi concentrațiile au fluctuații considerabile de la an la an.

Protoxidul de azot - N2O

Protoxidul de azot este un gaz neinflamabil, aproape inodor, are un gust puțin dulce și

este format din doi atomi de azot și un atom de oxigen, este un gaz ușor anestezic, purtând și

denumirea de gaz ilariant. La temperaturi mai mici de -91o

C își schimbă starea de agregare

din gaz în solid. Protoxidul de azot reacționează în stratosferă cu ozonul și prin disociere

fotochimică rezultă oxigen și azot.

Hexafluorură de sulf (SF6)

Este un compus care are o durată de viață în atmosferă de aproximativ 3200 de ani, iar

în 2005 avea o concentrație de 5,6 parți per trilion (ppt). Aproximativ 90% din emisiile de

SF6 provin din sectorul electric, mai precis de la transformatoare de tensiune, unde gazul este

folosit pe post de izolator a componentelor de înaltă tensiune. O altă sursă de emisie a acestui

gaz este din producția metalului de magneziu (folosit în industria constructoare de

autovehicule).



Impactul pe termen lung al acestor gaze depinde de cât timp rămân în atmosferă și de

puterea de absorbție a radiației infraroșii. (Tabel 5.1 Impactul gazelor cu efect de seră).

Tabel 5.1. Impactul gazelor cu efect de seră

Gazul Puterea de absorbție a radiației

infraroșii comparativ cu CO2

Perioada de timp cât

rămân în atmosferă [ani]

Dioxid de carbon 1 100

Metan 26 12

Protoxidul de azot 216 115

CFC-uri 4750-14400 45-1700

HFC-uri 4470 52

SF6 22800 3200

5.1.2. Efectul de seră

În anul 1829 un nou concept este prezentat de fizicianul și chimistul Joseph Fourier,

acesta susținea că planetele primesc energie de la soare, iar aceasta este reflectată înapoi în

spațiu de către planetă. Acesta sugera că creșterea concentrațiilor de gaze din atmosferă a

influențat creșterea temperaturilor.

Fizicianul John Tyndall a studiat absorbția luminii de către diferite gaze precum

cărbunele, vaporii de apă și dioxidul de carbon. Cercetările sale au demonstrat că lumina

trece foarte ușor prin dioxidul de carbon, dar undele infraroșii care produc căldură sunt

absorbite de acest gaz.

Cercetările făcute de chimistul Svante Arrhenius au făcut legătura între cantitățile de

dioxid de carbon emis în atmosferă de vulcani și creșterea temperaturii cu 20-30oC în

perioada glaciară. Arrhenius a estimat că o înjumătățire a concentrației dioxidului de carbon

din atmosferă ar produce o scădere a temperaturii cu 4-5oC, iar o dublare a concentrației ar

produce o creștere a temperaturii cu 5-6o C (Silver J. 2008)

Creșterea temperaturilor și a concentraților de gaze din atmosferă este confirmată de

către măsurătorile făcute la stațiile meteo, de către Guy Stewart Callendar, în 1938.

Efectul de seră este un efect natural, dar datorită activităților umane de la începutul

anului 1750, începutul erei pre-industriale, concentrațiile de gaze cu efect de seră în

atmosferă s-au mărit, intensificând astfel artificial acest fenomen. Efectul direct fiind

încălzirea semnificativă a atmosferei.

Energia solară ajunge pe suprafața Pământului sub formă de lumină (undă

electromagnetică) și este reținută sub formă de căldură (mișcare moleculară aleatoare). Acest

lucru se întâmplă datorită gazelor cu efect de seră precum dioxidul de carbon și metanul, care

sunt transparente pentru marea majoritate a lungimilor de undă a luminii primite de la soare,



dar sunt relativ opace la radiațiile infraroșii și la radiațiile de căldură care sunt reflectate de

către suprafața Pământului și atmosferei. Efectul de seră menține temperatura la suprafața

Pământului un anumit nivel, propice pentru existența viețuitoarelor, lipsa acestui fenomen ar

produce o scădere a temperaturile mult sub punctul de îngheț al apei.

Influența negativă a efectului de seră asupra stratului de ozon, atmosfera terestră

încălzindu-se, determină o scădere a temperaturii stratosferei, favorizând astfel distrugerea

stratului de ozon. Cantitatea de radiaţii ultraviolete care ajunge pe Pământ crește, acest lucru

fiind nociv și duce la dispariţia accelerată a planctonului maritim.

5.2. Analiza amprentei de carbon pe durata vieţii în cazul paletelor

eoliene realizate din materiale traditionale şi compozite

Aceasta analiza se compune din cuantificarea şi compararea impactului produs asupra

mediului de principalele materiale de constructie in ciclul de viata al acestora (din

momentul fabricarii acestor materiale şi pana la post-utilizarea acestora).

În acest scop, s-a optat pentru analiza a cinci tipuri de materiale utilizate la fabricarea

unei pale de rotor realizate din lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă şi fibră de carbon.

Ciclul de viaţă al unui material poate fi reprezentat de următoarele etape:

- faza de producţie : include utilizarea de materii prime (exploatarea resurselor) şi

fabricarea/producerea produsului respectiv (prelucrare resurselor).

- faza de utilizare : include utilizarea de energie, întreţinere şi curăţare.

- faza de post-utilizare : include depozitarea, incinerarea, reciclarea deseurilor.



Figura 5.1. Schema de evaluare a ciclului de viață

Impactul asupra mediului nu este determinat doar de materialele alese, ci, de

asemenea, şi de funcţia de produs în sine. De exemplu, atunci când fibrele naturale sunt

aplicate ca un substituient pentru metale în cazul vehiculelor impactului asupra mediului în

faza de utilizare va fi redusă din cauza unui consumului redus de energie cauzat de o greutate

mai mică a maşinii.

Relaţia dintre faza de producţie, faza de utilizare şi faza de post-utilizare este destul

de complicata. În general, durata de viaţă a unui produs (faza de utilizare) poate fi extinsă

(aspect pozitiv), de exemplu, prin aplicarea unui strat pe suprafata, cu rol protector. Datorită

acestei acoperiri, produsul nu poate fi uşor de reciclat rezultand un aspect negativ. Acest

complex de interacţiune între un produs şi mediul înconjurător este tratată într-o evaluare a

ciclului de viaţă (Life Cicle Assesment) (Heijungs et al, 1992).

Cele cinci tipuri de materiale utilizate în fabricarea paletelor de energie eoliană sunt:

lemn, aluminiu, oţel, fibră de carbon şi fibră de sticlă întărită cu rasina epoxidică.

Evaluarea impactului s-a realizat cu ajutorul programului de calculator CES EduPack care se

bazează pe LCA olandez.

Analiza comparativă s-a bazat pe determinarea amprentei de carbon și a consumului

de energie pe fiecare etapă a ciclului de viață al materialelor (producerea materiilor prime

necesare fabricării paletei, fabricarea în sine a paletei, transportul, utilizarea și post-utilizarea

paletei) pentru a se putea stabili impactul a cinci tipuri de materiale: lemn, aluminiu, oțel,

fibră de sticlă și fibră de carbon.

Spre exemplificare s-a ales un studiu de caz reprezentat de construcția paletelor

eoliene ale unei turbine, astfel dimensionate încât să se obțină o putere mecanică de 1 kW, la



o viteză a vântului de 13,8 m/s. Comparația s-a realizat în funcție de greutatea și dimensiunile

unei palete eoliene, rezistențele mecanice ale fiecarui material utilizat, preț de producție și

durata de viață, evidențiindu-se avantajele și dezavantajele utilizării fiecărui tip de material.

Toate intervenţiile relevante de mediu referitoare la diferitele faze ale ciclului de viaţă

ale paletei rotorului sunt colectate şi cuantificate. Ciclul de viaţă al paletei rotorului constă în

aproximativ cinci faze: extracţia şi prelucrarea materiilor prime, fabricarea produsului

(paletei), transportul produsului, utilizarea produsului şi deşeuri rezultate in urma utilizarii

produsului.

Principalele etape ale ciclului de viaţă ale paletei rotorului sunt reprezentate în Figura

5.2 Etapele ciclului de viata al unei palete de turbina eoliannă.

Transport

Material brut

Fabricarea paletei

Faza de utilizare

Faza de post-

utilizare

Figura 5.2. Etapele ciclului de viata al unei palete de turbina eoliana.

Pentru obținerea unei puteri de 1 kW, la o viteză a vântului de 13,8 m/s se consideră

un coeficient de putere Cp egal cu 0,2 iar lungimea paletei sau raza de baleiere (R) a turbinei

eoliene va fi:

(2)

= 0,2

= 1 · 103 W

= 1,25 kg/m3

v = viteza vântului = 13,8 m/s

S= aria secțiunii transversale a rotorului

=

= (3)

R =√

= 0,984 ≈ 1 m (4)



După ce s-a calculat lungimea paletei (R = 1 m) s-au dimensionat și celelalte

componente (latimea şi grosimea paletei). Din condițiile de rezistență la rupere, lățimea și

grosimea paletei s-au determinat cu urmatoarele relatii de calcul:

[N/mm

2] (5)

[mm] (6)

[Nmm] (7)

[mm

2] (8)

[N/m3] (9)

[mm3] (10)

[kg] (11)

[N/mm] (12)

[N] (13)

În tabelul următor se prezinta centralizat elementele geometrice ale unei palete

realizate din cele 5 tipuri de materiale, determinate cu ajutorul relaţiilor prezentate anterior:

Tabel 5.2. Tipuri de palete eoliene

Unitate

de

măsură Lemn

Aluminiu

Oțel

Fibră de

sticlă Fibră de

carbon

Lungime (r) [mm] 1000 1000 1000 1000 1000 Lațime (b) [mm] 150 150 150 150 150 Înalțime ( h ) [mm] 75 80 24 50 35 Distanța până la

centrul de greutate (z) [mm] 37,5 40 12 25 17,5

Densitatea aerului (ρaer) [kg/m3] 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25

Viteza vântului (v) [m/s] 13 13 13 13 13 Forţa vântului (f) [N] 15843,75 15843,75 15843,75 15843,75 15843,75 Încarcarea uniform

distribuită (q) [N/mm] 15,84375 15,84375 15,84375 15,84375 15,84375 Moment de inerție (M) [Nmm] 7921875 7921875 7921875 7921875 7921875 Moment de

dimensionare (Iy) [mm2] 5273437,5 6400000 172800 1562500 535937,5

Rezistența la rupere

calculată (σr) [N/mm

2] 56,34 49,51 550,13 126,75 258,67

Rezistența la rupere

standard (σ) [N/mm

2] 61 50 590 138 276

Densitate material (ρ) [kg/m3] 480 1030 7600 1800 1700



Unitate

de

măsură Lemn

Aluminiu

Oțel

Fibră de

sticlă Fibră de

carbon

Accelerația

gravitațională (g) [m/s

2] 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665

Greutatea specifică (γ) [N/m3] 4707,19 10100,85 74530,54 17651,97 16671,31

Volumul [W] [mm3] 11250000 12000000 3600000 7500000 5250000

Greutatea [N] 52,96 121,21 268,39 132,39 87,53

Masa [kg] 5,4 12,36 27,36 13,5 8,925

Preț/kg [Ron/kg] 4,45 31,9 7,66 16,3 70,4

Preț total [Ron] 24,03 394,284 209,5776 220,05 628,32

Figura 5.3. Greutatea paletelor eoliene din diferite tipuri de materiale

Figura 5.4. Comparație între paletele eoliene în funcție de preț/kg de material

Conform condiţiilor de rezistenţă şi cunoscând densitatea materialului s-au putut

calcula greutatea si preţul fiecărei palete eoline şi se observă urmatoarele:

- cea mai ieftină și cea mai usoară paletă eoliană este cea din lemn, ea având o greutate

de aprox. cinci ori mai mică comparativ cu paleta realizată din oțel și un preț de

aprox. douăzeci și șase de ori mai mic comparativ cu paleta realizată din fibră de

carbon;

0

5

10

15

20

25

30

paleta

eoliana lemn

paleta

eolianaaluminiu

paleta

eoliana otel

paleta

eoliana fibrasticla

paleta

eoliana fibracarbon

5,4

12,36

27,36

13,5 8,925 K

g

Greutatea

0

100

200

300

400

500

600

700

paleta eoliana

lemn

paleta eoliana

aluminiu

paleta eoliana

otel

paleta eoliana

fibra sticla

paleta eoliana

fibra carbon

24,03

394,284

209,5776 220,05

628,32

RO

N

Pretul



- paleta eoliană din fibră de sticlă are un preț aproximativ egal cu paleta eoliană din

oțel, deși are aprox. jumătate din greutatea sa;

- paleta eoliană din oțel este de aprox. trei ori mai grea decât cea din fibră de carbon,

dar are un preț de aprox. trei ori mai mic comparativ cu aceeași paletă;

- paleta eoliană din lemn are un preț de aprox. șaisprezece ori mai mic comparativ cu

paleta din aluminiu, de aprox. nouă ori mai mic comparativ cu paletele din oțel și

fibră de sticlă și de aprox. douăzeci și șase de ori mai mic comparativ cu paleta

eoliană fabricată din fibră de carbon;

- paletele eoliene din aluminiu și fibră de sticlă au greutăți aproximativ egale, dar prețul

celei fabricate din aluminiu este de aproximativ dublu față de paleta realizată din fibră

de sticlă.

În urma utilizării programului de mediu CES Edu Pack 2010 s-au stabilit caracteristici

privind determinarea amprentei de carbon în funcţie de consumul de energie pe fiecare etapă

a ciclului de viață (producerea materialelor, fabricarea materialelor, transportul produsului,

utilizarea produsului și post-utilizarea materialelor). Durata de funcționare se consideră a fi

egală pentru toate tipurile de palete și anume douăzeci și cinci ani.

CES EduPack include informatii privind materialele (ceramice, metale și aliaje,

compozite, polimeri și elastomeri) și procesele de baza (modelare, aderentă, tratament de

suprafață). Pentru fiecare material sau proces, baza de date conține text descriptiv, imagini

explicative, și proprietățile tehnice, economice și ecologice.

Instrumentul de Audit Eco ajută la studierea de conceptele-cheie în proiectarea

ecologică pentru a analiza impactul de mediu al produselor. Se vor introduce informații

despre greutatea produsului, utilizarea și transport. Aceste informatii se vor folosi pentru a

se putea estima consumul de energie și emisiile de CO2 la fiecare etapă din ciclul de viață al

produsului. Programul permite utilizatorului sa identifice ce fază din ciclul de viață (sau faze)

domina impactul produsului asupra mediului.

Analiza ciclului de viață este împărțită în patru categorii principale în instrumentul de

eco audit al programului CES EduPack:

1. Producerea materialului şi fabricare

Pentru fiecare tehnologie de fabricatie se determina un coeficient de emisie pentru

calculul amprentei pentru fiecare kilogram de material produs.

Amprenta din producerea materialului se determina prin inmultirea unui coeficient de

emisie cu cantitatea totala de material utilizat.



2. Transportul se referă la transportul produsului finit de la sursa de fabricație

la locul unde se va utiliza produsul.

In tabelul urmator sunt prezentate obtiunile disponibile privind transportul

raportandu-se la consumul de energie şi amprenta de CO2.

Tabel 5.3. Coeficienti privind consumul de energie din timpul transportului

Mijloace de transport Energie

(MJ/tonne/km)

CO2

(kg/MJ)

Transport maritim 0.16 0.071

Rau/canal de transport marfa 0.27 0.071

Transport feroviar 0.31 0.071

Camion 32 tone 0.46 0.071

Camion 14 tone 0.85 0.071

Autovehicule usoare 1.4 0.071

Transport aerian de mărfuri - transport pe distanțe mari 8.3 0.067

Transport aerian de mărfuri - distanțe scurte 15 0.067

Elicopter- Eurocopter AS 350 50 0.067

Pentru determinarea valorii privind consumul de energie in cazul etapei de transport

sunt inmultite masa produsului cu distanța şi cu coeficientul de emisie privind transportul

utilizat.

3. Utilizare

Se specifica durata de viata a produsului in ani.

Amprenta din utilizare se obtine prin inmultirea duratei de viata[ani] cu consumul de

energi/si cu mix-ul energetic al tarii.

4. Post-utilizarea materialului:

La finalul ciclului de viata produsul poate fi:

- depozitat

- reciclat

- recuperat energetic(incinerat)

- reutilizat

- regandit şi folosit in alt proces

Fiecare proces avand un impact diferit asupra amprentei de carbon



5.3. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie

pentru fiecare etapă din ciclul de viaţă al unei palete eoliene

Folosind metodologia de calcul a programului de mediu CES Edu Pack 2010 s-au

luat în considerare următoarele:

- din producerea materialului;

- din construcția paletei;

- din transport s-a luat în considerare un autovehicul de 14 tone care parcurge o distanță

de 100 de km;

- din exploatare s-a luat în calcul o perioadă de funcționare de 25 ani;

- metoda de înlăturare a deșeurilor aleasă este depozitarea.

Pentru producerea materialului s-au luat în considerare următoarele caracteristici din

baza de date a programului CES Edu Pack:

Tabel 5.4. Caracteristicile materialelor din care sunt realizate paletele eoliene

Proprietăți

generale

Lemn Aluminiu Oțel Fibră de sticlă Fibră de carbon

Denumire Abies

procera

(L)

Aluminum

Foam (1.0) ASTM CB 30 Epoxy Glass Fiber Epoxy Carbon

Fiber

Densitate

(kg/m3)

390 – 480 970 – 1030 7450- 7600 1500 – 1800 1400 - 1700

Preț

(RON/kg)

2.22 -

4.45

25.5 – 31.9 6.96 – 7.66 14.8 – 16.3 64 – 70.4

Compoziție

(sumar)

Celuloză

/Hemicelu

loză

/Lignin/

12% H2O

Al – 99%

Mg - 0,6%

Si – 0,6%

Otel Rășină epoxidică

Fibră de sticlă

Rășină epoxidică

Fibră de carbon

Proprietăți mecanice

Modulul de

elasticitate

Young

( GPa)

11.7 -

14.3

13.2 – 14.8 196 - 204 13.8 – 27.6 69 - 150

Modul de

încovoiere

(GPa)

10.7 – 13 13.2 – 14.8 196 - 204 13.8- 20.6 33.5 – 35.2

Modul de

elasticitate

0.87 -1.06 5 – 5.5 76 – 80 5.21 – 10.4 27.8 – 60.5



Proprietăți

generale


transversală

(GPa)

Modul

volumetric

(GPa)

0.26 -

0.29

13.2 – 14.8 145 - 159 18.2 – 19.1 63.4 – 66.6

Coeficientul

lui Poisson

0.35 - 0.4 0.28 – 0.3 0.275 – 0.285 0.313 – 0.342 0.219 – 0.266

Coeficientul

de formă

5.4 3 52 11 22

Limită de

curgere

(MPa)

36.3 -

44.3

25 – 30 370 – 460 110 - 193 221 - 276

Rezistența de

rupere la

tracțiune

(MPa)

61.8 -

75.5

50 - 70 590 - 720 138 - 241 276 - 345

Rezistența la

compresiune

(MPa)

37.9 -

46.3

25 - 30 370 – 460 138 - 207 207 - 276

Rezistența la

încovoiere

(MPa)

66.4 -

81.2

30 - 36 370 - 460 345 - 483 517 - 655

Alungire (%

strain)

1.42 -

1.74

40 - 50 10 - 20 0.5 - 2 0.5 - 2

Duritate –

Vickers (HV)

2.3 - 2.82 2.5 - 3 180 - 220 33.1 – 57.8 66.2 – 82.8

Proprietăți termice

Temperatura

maximă de

serviciu (°C)

120 – 140

°C

140 - 220 760 - 763 170 - 190 166 -184

Temperatura

minimă de

serviciu (°C)

-73 - -

23°C

-273 -73 - -43 - 123 - -73 - 123 - -73

Conductivitat

e termică

(W/m.°C)

0.19 -

0.24

28 - 46 21 - 23 0.6 – 0.7 5.8 – 6.3

Proprietăți electrice

Rezistivitate

electrică

6e13

- 2e14

10.5 - 12 71 - 81 3.3e21

– 3e22

100 – 1e6



Proprietăți

generale


(µohm.cm)

Proprietăți optice

Transparență Opacă Opacă Opacă Translucid Opacă

Durabilitate: inflamabilitate

Inflamabilitat

e

Foarte

inflamabil

Inflamabil Inflamabil Ușor inflamabil Auto- stingere

Durabilitate: lichide și lumină solară

Apă dulce Utilizare

limitată

Acceptabilă Acceptabilă Excelentă Excelentă

Apă sărată Utilizare

limitată

Acceptabilă Acceptabilă Excelentă Excelentă

Acizi slabi Utilizare

limitată

Excelentă Excelentă Acceptabilă Acceptabilă

Acizi tari Inaccepta

bilă

Excelentă Acceptabilă Inacceptabilă Inacceptabilă

Alcalii slabi

Acceptabi

lă

Acceptabilă Excelentă Utilizare limitată Utilizare limitată

Alcalii tari

Inaccepta

bilă

Inacceptabil

ă

Utilizare

limitată

Excelentă Excelentă

Solvenți

organici

Acceptabi

lă

Excelentă Excelentă Utilizare limitată Utilizare limitată

Ultra violete Bună Excelentă Excelentă Bună Bună

Oxidare la

500ºC

Inaccepta

bilă

Inacceptabil

ă

Excelentă Inacceptabilă Inacceptabilă

Energie

folosită,

producție

primară

(MJ/kg)

7.2 - 7.96 290 – 310 77.2 – 85. 3 107 - 118 259 - 286

Amprenta de

CO2, producție

primară(kg/k

g)

0.427 -

0.472

19 – 21 4.85 – 5.36 7.46 – 8.25 14.8 – 18.1

Apă utilizată

(l/kg)

500 -

1500

125–375 112 - 337 106 - 309 361 – 1370



Proprietăți

generale


Energia

folosită la

montaj și

asamblare

(MJ/kg)

0.475 -

0.525

0.038 –

0.042

3.33 – 3.86 3.33 – 3.86

Amprenta de

CO2, montaj

și asamblare

(kg/kg)

0.038 -

0.042

0.00304 -

0.00336

0.266 – 0.294 0.266 – 0.294

Reciclare Nu Da Da Nu Nu

Energie

folosită,

reciclare

(MJ/kg)

8.55 -

9.45%

25.6 – 28.3 21.6 – 23.9 0.1% 0.1%

Refolosire în

alt proces

Da Da Da Da Da

Combustie

pentru

recuperarea

energiei

Da Nu Nu Da Da

Căldura de

combustie

(net) (MJ/kg)

20.7 -

22.1

- - 14.9 – 15.7 30.2 – 31.8

Combustie

(kg/kg)

1.76 -

1.85

- - 1.21 – 1.27 2.59 – 2.72

Depozitare Da Da Da Da Da

Biodegradabi

le

Da Nu Nu Nu Nu

Resursă

regenerabilă

Da Nu Nu Nu Nu

În funcție de proprietățile materialelor descrise în Tabel 5.4 și ținând cont de

condițiile de rezistență la rupere s-au putut dimensiona paletele eoliene.

S-a ajuns la următoarele valori:



Tabel 5.5. Comparație între paletele eoliene din diferite materiale (lemn, aluminiu,

oțel, fibră de sticlă și fibră de carbon în funcție de dimensiuni, greutate și preț)

Material

component

Lungime

(mm)

Lățime

(mm)

Grosime

(mm)

Greutate

(kg)

Preț

(RON)

Lemn 1000 150 75 5,4 24,03

Aluminiu 1000 150 80 12,36 394,284

Oțel 1000 150 24 27,36 209,5776

Fibră de sticlă 1000 150 50 13,5 220,05

Fibră de carbon 1000 150 35 8,925 628,32

Folosind datele din Tabel 5.4 și din Tabel 5.5 și în urma utilizării programului CES

Edu Pack 2010 s-au stabilit caracteristici de mediu pe fiecare etapă a ciclului de viață

(producerea materialelor, fabricarea paletelor, transportul paletelor, utilizarea paletelor și post

utilizarea materialelor). Cea mai semnificativă etapă privind consumul de energie și

determinarea amprentei de carbon este cea de producere a materialului.

5.3.1. Producerea materialelor componente ale unei palete eoliene

Materialele sunt selectate prin "click" pe materialul de interes. Odata selectat,

instrumentul de audit ecologic extrage datele din înregistrarea materialului.

Tabel 5.6. Energia consumată și CO2 degajat pentru producerea materialului

Componentă Material Conținut

reciclat

Energie

(MJ)

CO2

Footprint (kg)

Paleta eoliană din lemn Lemn - Brad Nereciclat

(0%) 40,88 2,42

Paleta eoliană din aluminiu Aluminum Nereciclat

(0%) 3705,94 246,89

Paleta eoliană din oțel Otel rezistent Nereciclat

(0%) 2220,24 139,49

Paleta eoliană din fibră de

sticlă

Epoxy SMC (glass

fiber)

Nereciclat

(0%) 1516,93 105,91

Paleta eoliană din fibră de

carbon

Epoxy SMC

(carbon fiber)

Nereciclat

(0%) 2430,44 153,85



Figura 5.5 Producerea materialului

Se constată următoarele:

- Lemnul are cele mai mici valori privind emisiile de carbon și energia consumată, la

polul opus aflându-se aluminiul cu valori de aproximativ 100 ori mai mari.

- Energia consumată și amprenta de carbon pentru producerea paletei eoliene din oțel și

fibră de carbon sunt aproximativ egale, dar paleta rezultată din oțel este de

aproximativ trei ori mai grea și tot de aproximativ trei ori mai ieftină. Atât carbonul

cât și oțelul nu au caracter biodegradabil, dar oțelul este mult mai ușor de reciclat.

- Din punct de vedere al consumului de energie și al amprentei de carbon pentru

producere, aluminiul este cel mai puternic poluant, având valori de aproximativ două

ori mai mari decât paleta rezultată din fibră de sticlă, deși greutatea paletelor rezultate

este aproximativ egală.

- Producerea materialului necesar realizării paletei eoliene din aluminiu solicită energie

și degajă CO2 de aproximativ 1.5 ori mai multă față de paleta realizată din oțel și

fibră de carbon, de aproximativ 2.4 ori mai multă față de paleta realizată din fibră de

sticlă și de aproximativ 100 ori mai multă față de paleta realizată din lemn.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Paleta eoliană

din lemn

Paleta eoliană

din aluminiuPaleta eoliană

din oțel

Paleta eoliană

din fibră de sticlă

Paleta eoliană

din fibră decarbon

40,88

3705,94

2220,24

1516,93

2430,44

2,42 246,89 139,49 105,91 153,85

Producerea materialului

Energie (MJ)

CO2 (Kg)



5.3.2. Fabricarea paletei eoliene

Tabel 5.7. Energia consumată și CO2 degajat pentru fabricarea paletei eoliene

Componentă Proces Energie

(MJ)

CO2

(kg)

Paletă eoliană din lemn Assembly / Construction 2,696 0,22

Paletă eoliană din aluminiu Assembly / Construction 0,493 0,039

Paletă eoliană din oțel Metal powder forming 1086,51 86,92

Paletă eoliană din fibră de

sticlă Compression molding 47,258 3,78


carbon Compression molding 31,26 2,50

Figura 5.6 Fabricarea paletei eoliene


- În această etapă cele mai mici valori privind emisiile de carbon și energia consumată

sunt pentru fabricarea paletei eoliene din aluminiu, iar cele mai mari (de aprox. 2200

ori mai mari față de aluminiu) pentru fabricarea paletei eoliene din oțel.

- În funcție de energia consumată și de CO2 degajat se constată că pentru fabricarea

paletei eoliene din oțel se consumă de aprox. 400 ori mai mult față de paleta eoliană

din lemn, de aprox. 20 ori mai mult față de paleta eoliană din fibră de sticlă și de

aprox. 35 ori mai mult față de paleta eoliană fabricată din fibră de carbon.

0

200

400

600

800

1000

1200

Paleta eoliană

din lemn

Paleta eoliană


din oțel

Paleta eoliană

din fibră desticlă

Paleta eoliană

din fibră decarbon

2,696 0,493

1086,51

47,258 31,26 0,22 0,039 86,92

3,78 2,5

Fabricarea paletei eoliene

Energie (MJ)

CO2(kg)



5.3.3. Transportul paletei eoliene

Tabel 5.8. Energia consumată și CO2 degajat pentru transportul paletei eoliene

Componentă Proces Energie

(MJ)

CO2

(kg)

Paletă eoliană din lemn Assembly / Construction 0,756 0,05

Paletă eoliană din aluminiu Assembly / Construction 1,73 0,12

Paletă eoliană din oțel Metal powder forming 3,83 0,27


sticlă Compression molding 1,89 0,13


carbon Compression molding 1,25 0,09

Figura 5.7 Transportul paletei eoliene


- Transportul are cea mai mică însemnătate în ciclul de viață al materialelor, dar

valorile nu trebuie neglijate. Metodologia de calcul pentru emisiile rezultate din

transportul rutier al paletelor eoliene de la depozit la locul de punere în operă pornește

de la consumul real al vehiculului la care se adaugă factorii de emisie rezultați din

producerea acestuia.

- Cele mai mari valori privind consumul de energie sunt calculate pentru transportul

paletei eoliene din oțel, de aprox. 5 ori mai mari comparativ cu transportul paletei

eoliene din lemn, de aprox. 2 ori comparativ cu transportul paletei eoliene din

aluminiu și fibră de sticlă și de aprox. 3 ori mai mari comparativ cu transportul paletei

eoliene din fibră de carbon.

Pentru etapa de utilizare a paletelor eoliene nu sunt considerate consumuri de energie

sau degajări de CO2 .

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Paleta eoliană

din lemn

Paleta eoliană


din oțel

Paleta eoliană


Paleta eoliană

din fibră decarbon

0,756

1,73

3,83

1,89

1,25

0,05 0,12 0,27

0,13 0,09

Transportul paletei eoliene

Energie(MJ)

CO2(kg)



5.3.4. Post-utilizarea paletei eoliene

Tabel 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pentru post utilizarea paletei eoliene

Componentă Energie

(MJ)

CO2

(kg)

Paletă eoliană din lemn 1,08 0,064

Paletă eoliană din aluminiu 2,472 0,15

Paletă eoliană din oțel 5,472 0,33

Paletă eoliană din fibră de sticlă 2,7 0,16

Paletă eoliană din fibră de carbon 1,786 0,11

Figura 5.8. Post utilizarea paletei eoliene


- Metoda aleasă pentru post utilizarea paletei eoliene este depozitarea;

- Pentru depozitarea paletei eoliene din oțel sunt înregistrate cele mai mari valori

privind consumul de energie și CO2 degajat de aprox. 5 ori mai mare comparativ cu

paleta eoliană din lemn, de aprox. 2,5 ori mai mare comparativ cu paleta eoliană din

aluminiu și fibră de sticlă, și de aprox. 3 ori mai mare comparativ cu paleta eoliană

din fibră de carbon.

0

1

2

3

4

5

6

Paleta eoliană

din lemn

Paleta eoliană


din oțel

Paleta eoliană


Paleta eoliană

din fibră decarbon

1,08

2,472

5,472

2,7

1,786

0,064 0,15 0,33

0,16 0,11

Post - utilizarea paletei eoliene

Energie(MJ)

CO2(kg)



5.4. Concluzii

Prin intermediul metodologiei şi activităţilor implementate în acest studiu de caz se va

oferi posibilitatea evaluării ciclului de viață al unor materiale compozite, în conformitate cu

obiectivele de sustenabilitate și de protecția mediului.

În următorul tabel se găsesc valorile totale, pe întreaga durată de viață a paletelor

eoliene.

Tabel 5.10. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene

Componentă Preț Masă totală

(kg)

Energie

(MJ)

CO2

(kg)

Paletă eoliană din lemn 24,03 5,4 45,413 2,76

Paletă eoliană din aluminiu 394,284 12,36 3710,636 247,20

Paletă eoliană din oțel 209,5776 27,36 3316,05 227,02

Paletă eoliană din fibră de sticlă 220,05 13,5 1568,78 109,98

Paletă eoliană din fibră de carbon 628,32 8,925 2464,73 156,55

Figura 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene


- Cele mai mici valori privind costul, masa totala, consumul de energie şi CO2 degajat

pe intreaga durata de viata sunt la paleta eoliana din lemn, dar lemnul ridica cele mai

mari probleme privind intretinere şi utilizarea.

- Cele mai mari valori privind emisiile de CO2 şi energie consumata pe intreaga durata

a vietii sunt pentru paleta eoliana din aluminiu, cu 20% mai mari ca in cazul paletei

eoliene din otel, de aproximativ optzeci ori mai mari comparativ cu lemnul, de 2 ori

mai mari comparativ cu fibra de sticala şi de 1,5 ori mai mari comparativ cu fibra de

carbon.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Paleta eoliană

din lemn

Paleta eoliană


din oțel

Paleta eoliană


Paleta eoliană

din fibră decarbon

45,413

3710,636 3316,05

1568,78

2464,73

2,76 247,2 227,02 109,98 156,55

Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de

viață a paletelor eoliene

Energie(MJ)

CO2(kg)



- Cea mai nejustificata alegere pentru realizarea paletei eoliene din punct de vedere a

greutăţii este oţelul, al emisiilor rezultate pe intreaga durata de viata sunt aluminiu sau

oţelul, iar cel mai mare preţ fibra de carbon.

- Paletele eoliene din aluminiu și fibră de sticlă au greutăți aproximativ egale, dar

prețul, emisiile de CO2 şi energia consumata pe intreaga durata de viata a paletei

fabricate din aluminiu sunt aproximativ duble față de paleta realizată din fibră de

sticlă.

- Materialul optim din punct de vedere al duratei de viaţă, al pretul de fabricatie, al

emisiilor de CO2 şi al consumului de energie pe intreaga durata a vietii este considerat

a fi fibra de sticlă.

5.4.1. Paleta eoliană din lemn

Lemn este un material natural care provine din

plantele lemnoase, arbori, arbuști, copacii, etc, fiind

compus în majoritate din celuloză și lignină și în

mică parte din gume și rășini, materii tanante,

materii colorante.

Macroscopic lemnul este diferit privit, în funcție de

planul în care este secționat. Lemnul este alcătuit

din mai multe tipuri de țesuturi vegetale: țesutul

vascular, fibre, parenchimul de rezervă.

Paleta eoliana din lemn are urmatoarele

caracteristici:

Lungime: 1000 mm

Latime: 150 mm

Grosime: 75 mm

Greutate: 5,4 kg

Pret: 24, 03 lei

Paleta este realizata din lemn de brad, avand

rezistenta la rupere in lungul fibrelor de 61 N/mm2.

Paleta este utlizata 25 ani dupa care este

inmagazinata in depozitul de deşeuri.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Celuloz%C4%83

http://ro.wikipedia.org/wiki/Lignin%C4%83

http://ro.wikipedia.org/wiki/Gum%C4%83

http://ro.wikipedia.org/wiki/R%C4%83%C8%99in%C4%83

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Materii&action=edit&redlink=1

http://ro.wikipedia.org/wiki/Tanin



obtinerea lemnului

tratarea lemnului

fabricarea palei eoliene

faza de utilizare

faza de post-utilizare

Figura 5.10. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din lemn

Datele de intrare din programul CES EduPack pentru realizarea eco-auditului sunt

evidentiate in figura urmatoare:

Figura 5.11. Realizarea eco-auditului prin intermediul programului CES EduPack



Tabel 5.11. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta eoliana din lemn

Faza Energie (MJ) Energie (%) CO2 (kg) CO2 (%)

Producerea +tratarea

lemnului

40,8805 90,61 2,4243 88,56

Fabricarea palei 2,6966 5,98 0,2157 7,88

Transportul palei 0,4590 1,02 0,0326 1,19

Utilizarea palei 0,0000 0,00 0,0000 0,00

Post utilizarea palei 1,0800 2,39 0,0648 2,37

Total 45,1162 100 2,7374 100

Se constata ca etapa de producere şi tratare a materialuilui este cea mai mare

consumatoare de energie, ea mobilizand aproximativ 91% din energia totala.

In etapa de utilizare a materialului nu se degaja emisii de carbon şi nici nu se consuma

energie.

Lemnul este un excelent material de construcţii, dar, din păcate, poate poate sa-si

piarda rezistenta şi stabilitatea din cauza mucegaiurilor, poate fi devorat de insecte şi distrus

de foc. Principalele tratamente care se aplică lemnului sunt: ignifugarea, hidrofugarea,

tratarea lemnului cu fungicide şi insecticide şi, desigur, tratamentul anticarii.

Ignifugarea

Ignifugarea se realizează cu substanţe ignifuge, denumite aşa datorită proprietăţilor

acestora de a mări rezistenţa la ardere a materialelor lemnoase. De remarcat este că este vorba

doar de o mărire a rezistenţei la ardere, şi nu de transformarea lemnului într-un material

complet ignifug. Deoarece lemnul este un material organic, mai devreme sau mai târziu el va

lua foc, indiferent cu ce este tratat. Prin ignifugare se obţine o întârziere semnificativă a

declanşării arderii, astfel încât rămâne suficient de mult timp la dispoziţie pentru a împiedica

declanşarea efectivă a incendiului. De asemenea, jarul provenit din lemnul ignifugat se stinge

mult mai repede decât jarul rezultat dintr-un lemn netratat.

Prima metodă este imersia (scufundarea) lemnului în soluţia ignifugă. Se obţin cele

mai bune rezultate, dar se face greoi, şi doar în cazul lemnului neasamblat. A doua metodă

este pulverizarea, iar a treia este pensularea. Ultimele se pot aplica şi lemnului inclus deja

într-o construcţie.

Hidrofugarea

Lemnul este un material în general hidrofob. El absoarbe apa cu uşurinţă, atât pe cea

prezentată sub formă lichidă (precipitaţii), cât şi pe cea existentă în mediul înconjurător sub

formă de umezeală. Doar unele esenţe de lemn, majoritatea exotice, se pot lăuda cu o

rezistenţă crescută la umiditate, însă nici ele nu sunt complet imune. În general, însă, lemnul

absoarbe apă, se umflă şi deci îşi modifică dimensiunile, apoi se usucă, şi îşi schimbă încă o

dată dimensiunile. Aceste variaţii îi dăunează atât lui, cât şi structurii în care este inclus. Prin



urmare, este absolut necesară tratarea lui cu substanţe care ţin apa deoparte. Acestea sunt utile

atât pentru lemnul în sine, cât şi pentru conservarea celorlalte substanţe cu care este tratat

lemnul.

Soluţie pentru hidrofugare

O variantă ieftină este uleiul de in, aplicat în 2-3 straturi. Pentru a omorî insectele, se

poate combina cu un insecticid (recomandabil ar fi unul bio, cumpărat de la magazinele

fitosanitare). După ce uleiul s-a uscat, lemnul poate fi băiţuit sau vopsit.

Tratamentul împotriva insectelor

Dacă nu este tratat de producător, lemnul brut (buşteni, scândură etc.) conţine ouă,

dacă nu chiar larve de carii. Într-un interval de timp cuprins între 1 şi 3 ani, rezultatele

atacului insectelor se va vedea cu ochiul liber. Pentru a preveni acest lucru, lemnul trebuie

tratat înainte de a fi folosit la construcţii. Cea mai bună metodă este încălzirea lemnului la

60°C, timp de o jumătate de oră, sau fierberea lui la aburi (producătorii serioşi fac acest lucru,

iar tratamentul respectiv este specificat în fişa tehnică a produsului). Prin acest tratament se

distrug posibilele larve aflate în interiorul lemnului. Ulterior încălzirii, pentru a preveni

viitoare atacuri, se face şi un tratament cu insecticide.

Aseptizarea

Lemnul este atacat de doi inamici, lenţi, dar redutabili: o ciupercă şi un burete. Prima,

ciuperca lemnului de fereastră (Goeophyllum Trabeum) se prezintă sub forma unei

putreziciuni maron, de cele mai multe ori dezvoltată pe suprafaţa interioară a lemnului expus

intemperiilor, de pildă rama ferestrelor. Lemnul de răşinoase este cel mai atacat. Buretele alb

cu pori, cu spori late (Antrodia Vaillantii) are o culoare albă, care se îngălbeneşte încet,

treptat, la margine. Miceliul se extinde sub forma unor raze de culoare albă. Preferă

răşinoasele umede, dar atacă şi foioasele.

Produsele cuprice folosite în pomicultură (sulfatul de cupru, de pildă) sunt foarte utile

şi în această situaţie. Nu trebuie să vă temeţi de acest sulfat, intră şi-n compoziţia laptelui praf

pentru bebeluşi. Atenţie, pătează lemnul în albastru! Acest rezultat poate fi mascat prin

băiţuirea ulterioară a lemnului.



5.4.2. Paleta eoliană din aluminiu

Aluminiul, cel mai raspandit element metalic din scoaţa pamântului, a căpătat în

secolul nostrum o importanţă deosebită. După fier, a devenit metalul cu cea mai larga

întrebuinţare.

Denumirea aluminiului derivă de la sulfatul dublu de aluminiu şi potasiu(alaun),

substanţă cunoscută la romani sub denumirea de ‘’alumen’’ şi folosită ca mordant în

vopsitorie.

În natură nu se află în stare liberă, ci numai sub formă de combinaţii chimice ca oxizi

sau silico-aluminaţi. Cel mai utilizat minereu pentru fabricarea aluminiului este bauxita, în

care aluminiul se gaseşte, în special, sub forma de hidroxid. Aceasta a fost descoperită pentru

prima data in localitatea Les Baux(Franta), de unde i se trage şi numele şi unde se gaseste in

cantitate foarte mare.

Aluminiul a fost obţinut pentru prima data de H.C. Oersted in 1925 şi în anul 1927 de

F. Wöhler susţinea ca este unul din metalele cele mai uşor corodabile.

Saint-Claire Deville, la Ecole Normale din Paris, prepara şi el aluminiul pentru a-i

studia proprietatile, cu care ocazie găseşte, dimpotrivă, că este unul dintre metalele care se

oxidează cel mai greu. El constată că în aer liber aluminiul se conserva excelent, datorită

formarii unei pojghite subtiri de oxid care apara restul metalului de coroziune. Este vorba

deci de un fenomen cunoscut sub denumirea de pasivizare.

Proprietatile interesante pe care le-a remarcat la aluminiu il determină pe Saint-Claire

Deville să se preocupe intens de fabricarea acestui metal. Cu sprijinul financiar al guvernului

francez al lui Napoleon al III-lea, el reuseşte sa prezinte, in 1855 la Expozitia universală din

Paris, o bară de aluminiu, în greutate de câteva zeci de kilograme , obtinuta din bauxita.

Deville numeşte acest metal foarte uşor şi stralucitor ca argintul ,,argint de lut,,.

Aluminiul a fost remarcat pentru faptul că este un metal

ușor, cu o densitate de 1030 kg/m3.

Este un metal ductil și maleabil, fiind posibilă obținerea

unei foițe subțiri de 0.005 mm grosime. O altă proprietate

importantă a acestui metal este rezistența la coroziune,

care se datorează formării unui strat protector de oxid.

Rezistă la acțiunea chimică a acidului azotic diluat sau

concentrat.

Paleta eoliana din aluminiu are următoarele caracteristici:

Lungime: 1000 mm

Latime:150 mm

Grosime: 80 mm

Greutate: 12,36 kg

Pret: 394,284 lei

http://ro.wikipedia.org/wiki/Densitate

http://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid



Metoda aplicată de Deville pentru obţinerea aluminiului nu a putut fi însa extinsă

deoarece era prea scumpa.

Aluminiul este un metal alb-argintiu şi care posedă o mare plasticitate. Cristalizează

în sistemul cubic cu fete centrate fară a mai avea şi alte forme alotropice.

Una din cele mai importante proprietăţi chimice ale aluminiului este rezistenţa la

coroziune, datorită formarii unei pojghite protectoare de oxid. Aceasta, atât în apă rece cât şi

în apă fierbinte. Trebuie avut în vedere că impurităţile sau unele elemente de aliere îi

diminuează rezistenţa la coroziune. Este, de asemena, rezistent la acţiunea chimică a acidului

sulfuric şi a acidului azotic, diluaţi sau concentrati.

O alta proprietate chimica importanta pe care o prezinta aluminiul este marea

afiniatate fata de oxigen. Ca urmare, pulberea de aluminiu introdusa in flacara arde degajand

o mare cantitate de caldura.

Datorita acestei mari afinitati pentru oxigen, aluminiul este considerat ca un bun agent

reducator şi de aceea este utilizat la obtinerea unor metale din oxizi, prin metoda

aluminotermica.

Fiind un metal cu proprietati deosebite are numeroase utilizari in foarte multe

domenii. Ca urmare, productia mondiala de aluminiu, in anul 1980, a atins 15 000 000 tone

pe an. Printre tarile producatoare de aluminiu se numara şi Romania a carei productie de

aluminiu depaseste in prezent 250 000 tone pe an.

Cea mai mare parte din productia de aluminiu se obtine prin electroliza aluminei

topite. Deoarece bauxita contine numeroase impuritati, in prima faza sunt necesare o serie de

operatiii pentru obtinerea aluminei pure. Daca bauxita are un continut mai mic de 8%

obtinerea aluminei pure se face dupa procedeul Bayer.

Procedeul poarta numele chimistului K.I. Bayer, care l-a conceput şi experimentat la

Petrograd, la sfarsitul secolului trecut. Potrivit acestui procedeu bauxita macinata este

descompusa cu ajutorul unei solutii concentrate de hidroxid de sodiu, la o temperatura de

180-200°C.

In continuare, produsul rezultat din reactie este trecut intr-un bazin cu apa unde

aluminatul de sodiu se dilueaza şi trece in solutie, iar reziduurile raman pe fundul bazinului

sub forma unui mal, numit namol rosu. Dupa decantare şi filtrare, solutia de aluminat de

sodiu se dilueaza cu apa, operatie care se face intr-un recipient, obtinandu-se descompunerea

aluminatului de sodiu.

Alumina hidratata rezultata din reactie precipita, iar hidroxidul de sodium ramane in

solutie. Dupa filtrare, alumina hidratata se calcineaza urmand a fi dizolvata in criolit topit şi

supusa electrolizei, care reprezinta o alta etapa importanta din metalurgia aluminiului.



La temperatura de 950°C, prin trecerea curentului electric, alumina dizolvata se

descompune in aluminiu şi oxigen care se colecteaza la anod. Electroliza aluminei se face

intr-o instalatie formata, in principal, din mai multe vase, de o constructie speciala, numite

celule pentru electroliza aluminei. Acestea au forma paralepipedica şi sunt captusite in

interior cu blocuri presate din carbune care sunt legate la catodul unei surse de curent. Anozii

sunt confectionati din tot din carbon şi sunt cufundati in baia de alumina şi criolit.

Îndelungatul proces de obținere a aluminiului nu se termină după ce s-a realizat

electroliza aluminei topite. Deoarece aluminiul rezultat conține și impurități, acesta este

supus în final unor operații de rafinare care se fac atât prin metode termice cât și pe cale

electrolitică.

Ciclul de viață al paletei eoline din aluminiu se face conform următoarelor etape:

electroliza

rafinarea aluminiului


faza de utilizare


obtinerea aluminei

Obtinerea bauxitei

Figura 5.12. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu



In urma utilizarii programului CES EduPACK s-au stabilit emisiile de CO2 in urma

consumului de energie pe toata durata vietii, iar in figura urmatoare sunt evidentiate datele de

in cazul eco-auditului paletei eoliene din fibra de carbon

Figura 5.13. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu

Paleta este utlizata 25 ani dupa care este inmagazinata in depozitul de deseuri.

Conform eco-auditului pentru paletei eoline din aluminiu se constată urmatoarele

caracteristici:

Tabel 5.12. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta

eoliana din aluminiu.

Faza Energie

(MJ)

Energie

(%) CO2 (kg) CO2 (%)

Producerea materialului 36342,79 99,89 2421,17 99,89

Fabricarea palei 4,84 0,01 0,38 0,02

Transportul palei 10,30 0,03 0,73 0,03

Utilizarea palei 0,00 0,00 0,00 0,00

Post utilizarea palei 24,24 0,07 1,45 0,06

Total 36382,18 100 2423,74 100

Pentru producerea aluminiului se mobilizeaza aproape toata energia (99,89%),

fabricarea, transportul, utilizarea şi post – utilizarea palei nu au valori semnificative

comparativ cu producerea



5.4.3. Paleta eoliana din oțel

Cea mai mare parte a producţiei de oțel se obține prin procedeul de topitorie cu

oxigen bazic. Acest procedeu foloseşte foarte puţin combustibil şi de aceea este mai

economic. Fierul topit se toarnă într-un cuptor căptuşit cu cărămizi termorezistente

(covertizor). Un tub răcit cu apă, numit rangă, se coboară în convertizor până ce vârful său

ajunge chiar deasupra metalului topit. Apoi oxigenul, suflat prin rangă, reacţionează energic

cu carbonul din fier, producând destulă căldură pentru a menţine şarja topită.. Se adaugă var

nestins şi alte materiale fondante în funcţie de necesităţi.

Când se insuflă oxigenul, se degajă cantităţi mari de monoxid de carbon şi alte gaze.

Aceste gaze sunt aspirate de ventilatoare printr-o calotă de deasupra convertizorului.

Monoxidul de carbon poate fi folosit drept gaz combustibil în alte părţi ale uzinei, sau poate

fi ars. Celelalte gaze sunt purificate înainte de a fi eliminate în atmosferă. La sfârşitul

procedurii, oţelul se evacuează din convertizor şi apoi se îndepărtează zgura.

Oţelul provenit direct din furnal poate fi turnat în matriţe pentru fabricarea pieselor

turnate. Dar majoritatea oţelului se toarnă în lingouri care se laminează sau se ciocănesc

pentru a forma foi de tablă, bare sau alte forme. Lingourile tipice sunt între 50 kg şi 30 de

tone, în funcţie de felul în care urmează să fie prelucrat.

Oțelul este un aliaj ce conține ca elemente principale fierul

și carbonul, având un conținut de carbon sub 2,11 % .

Oțelurile sunt materialele cu cea mai largă utilizare în

industrie. Proprietățile lor pot să varieze în limite foarte

largi în funcție de conținutul de carbon și de alte elemente

de aliere. În condiții de echilibru, cei mai importanți

constituenți ai oțelurilor nealiate sunt ferita, austenita,

cementita și perlita.

Pentru a îmbunătăți cât mai mult duritatea și rezistența

oțelurilor, acestea se supun de regulă unor tratamente

termice cum ar fi călirea sau nitrurarea.

Paleta eoliana din oțel are urmatoarele caracteristici:

Lungime: 1000 mm

Latime:150 mm

Grosime: 24 mm

Greutate: 27,36Kg

Pret: 209,57RON



obținerea oțelului


faza de utilizare


convertizare

Obtinerea fierului

Figura 5.14. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din oțel

5.4.4. Paleta eoliană din fibră de sticlă

Proprietăţile fibrelor de sticlă sunt:

- pot fi produse sub diferite forme (fire, ţesături, mat-uri, multistrat etc.);

- aderenţă excelentă cu toate răşinile;

- dilatare termică redusă;

Fibrele de sticlă sunt fabricate dintr-un amestec

care are bază oxidul de siliciu (Si02), ce este topit şi

trecut printr-o filieră. Fibrele de sticlă sunt destul de

ieftine din cauza materiei prime care este abundentă

(siliciu, calciu, caolin etc) şi a simplităţii proceselor

tehnologice de prelucrare.

Paleta eoliana din fibra de sticla are urmatoarele

caracteristici:

Lungime: 1000 mm

Latime:150 mm

Grosime: 50 mm

Greutate:13,5 kg

Pret: 220,05 RON



- rezistenţe ridicate la umiditate şi coroziune

- proprietăţi dielectrice superioare

Fibra de sticlă constituie una dintre cele mai importante materiale de construcție

rezistente la variații de temperatură, de îmbătrânire a materialelor sau la acțiunea unor

substanțe chimice agresive. Fibrele de sticlă se amesteca cu alte substanțe plastice pentru a le

creste elasticitatea şi rezistența mecanică.

Compozitia oxidica a sticlei este:

- SiO2 55% - nisip

- CaO 21% - calcar

- Na2O 1% - acid boric

- Al2O3 15% - alumină

- B2O3 8% - borax

In tabelul urmator se prezinta fluxul tehnologic de fabricare a fibrei de sticla:

Figura 5.15. Fluxul tehnologic de realizare a fibrei de sticlă



Procesul tehnologic de obţinere a fibrelor de sticlă comportă două etape şi anume:

- topirea minereului silicos la 1200÷1600°C în cuptoare speciale. Din topitura de sticlă

se confecţionează baghete sau bile (sfere), care sunt sortate, pentru eliminarea acelora

care conţin părţi netopite sau alte defecte;

- filarea se realizează din topirea bilelor sortate la temperatura de topire specifică

tipului de minereu folosit şi trecerea acestei mase vâscoase prin orificiile filierelor.

Filamentele la ieşirea din filieră, în contact cu un curent de aer, se răcesc şi se

solidifică, apoi se înfăşoară cu o viteză mare pe formate speciale, realizându-se astfel

o puternică etirare, cu subţierea corespunzătoare a filamentelor.

producerea fibrei de

sticlaepiclorhidrina bisphenol-A

fibra de sticla producerea rasinii

epoxidicefabricarea matritei


faza de utilizare


f

Figura 5.16. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de sticlă

Paleta este utlizata 25 ani dupa care este inmagazinata in depozitul de deseuri



5.4.5. Paleta eoliană din fibră de carbon

Pentru obținerea fibrei de carbon, se folosesc o varietate mare de materiale, numite

precursoare. Acestea sunt filate în filamente subțiri care sunt apoi convertite în fibră de

carbon în 4 etape:

- stabilizarea (oxidarea)

- carbonizare

- grafitizare

- tratamentul suprafeței

Fibrele continue sunt apoi bobinate și comercializate pentru țesere sau pentru alte

procedee de obținere a structurilor din fibră de carbon (filament winding, pultrusion).

Materialul precursor predominant în fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul

(PAN).

Fibra de carbon este considerata fibra cu un continut de cel

putin 90% carbon. Fibra de carbon are la bază o structură

atomică plană cu legături foarte puternice între atomii de

carbon, covalente. În locul straturilor plane de atomi din

carbon, care se găsesc în grafit, fibra de carbon este

formată din panglici de atomi de carbon, spiralate, aliniate

paralel cu axa fibrei. Paleta eoliana din fibra de carbon are

urmatoarele caracteristici:

Lungime: 1000 mm

Latime:150 mm

Grosime: 35 mm

Greutate: 87,53Kg



tratarea suprafetei epiclorhidrina bisphenol-A

fibre de carbon producerea rasinii

epoxidicefabricarea matritei


faza de utilizare


carbonizare

stabilizare

sortare

polimerizare

producerea

acrilonitrilului

Figura 5.17. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de carbon



6. U

Acest capitol este structurat în trei parti: în prima parte se va determina amprenta de

carbon pe baza consumului de energie pentru şase tipuri de materiale utilizate în construcţii,

urmând ca în cea de-a doua parte să se realizeze o matrice de impact a acestor materiale. In

ultima parte a capitolului se face o inventariere a formelor de impact generat de tipul

materialului utilizat pe perioada fabricării şi punerii în operă.

6.1. Analiza parametrică a impactului generat de fiecare tip de material

Spre exemplificare s-a ales un studiu reprezentat de construcția de grinzi cu lungimi

de 4, 5, 6, 7, 8, 9 şi 10 metri astfel dimensionate încât să reziste încarcarilor de 10 N/mm, 15

N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm şi 30 N/mm. Materialele utilizate pentru construcţia grinzilor

sunt: lemn, aluminiu, oțel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton.

Analiza parametrică se va realiza în funcție de greutatea și dimensiunile grinzii,

rezistențele mecanice, condiţii de deformabilitate şi sageată ale materialului, preț de

producție, emisiile de CO2 în funcţie de energia consumată pe durata viații evidențiindu-se

avantajele și dezavantajele utilizării fiecărui tip de material. Acest studiu prezintă rezultatul

analizei dpdv al greutăţii, preţului, energiei consumate şi al amprentei de carbon pentru a se

putea stabili impactul generat de fiecare tip de material.

Pentru a se determinat consumul de energie si amprenta de carbon a grinzilor

fabricate din materialele mentionate anterior s-a utilizat programul de calcul CES EduPACK.

In functeie de eco-auditul realizat de acest program s-au putut stabili impactul asupra

mediului in fiecare etapa din viata fiecarui material.

6.1.1. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie pentru

fiecare etapa din ciclul de viaţă al unei grinzi

Pentru realizarea grinzilor se vor avea in vedere urmatoarele caracteristici in:



- în cazul utilizarii lemnului s-a ales grinzi dreptunghiulare realizate din lemn de brad;

- în cazul grinzilor din aluminiu s-a utilizat aluminiu simplu, netratat.

- în cazul utilizării oţelului s-au ales profilele prefabricate I şi U;

- în cazul fibrei de sticală şi al fibrei de carbon s-au utilizat raşini epoxidice

- în cazul grinzii din beton s-au calculat greutatea, emisiile, enrgia consumată a

betonului simplu (nearmat)

- betonul utilizat este din clasa C 25/30.

- s-au ales dimensiuni mai mici de 10 metri pentru a se putea respecta conditiile de

transport

Cu ajutorul tabelelor de tipul celui prezentat mai jos s-au determinat dimensiunile,

greutatea si pretul fiecarui tip de material utilizat la fabricarea grinzii in functie de conditiile

de stabilitate, ductilitate si rezistenţă.



Tabel 6.1. Determinarea dimensinilor, greutatii şi pretului pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de

carbon şi beton

valori/materiale Unitate de

masura Lemn Aluminiu Otel I20 Fibra de sticla Fibra de carbon Beton C25/30

Lungimea ( r ) [mm] 4000 4000 4000 4000 4000 4000

latime (b) [mm] 150 130 90 125 85 120

Inaltime ( h ) [mm] 300 300 200 300 200 300

Dist pana la centrul de

greutate ( z) [mm] 150 150 100 150 100 150

Conditie de deformabilitate (mm) 13,33 13,33 13,33 13,33 13,33 13,33

Sageata (mm) 12,629 12,916 11,88 12,84 12,75 5,68

Modul de elasticitate (N/mm2) 11700 13200 196000 13800 69000 32500

q [N/mm] 15 15 15 15 15 15

Momentul de dimensionare

(M) [Nmm] 30000000 30000000 30000000 30000000 30000000 30000000

Iy moment de inertie [mm^4] 337500000 292500000 21400000 281250000 56666666,67 270000000

Rezistenta la rupere calculata [N/mm^2] 13,33 15,38 140,18 16 52,94 16,66

Rezistenta la rupere standard [N/mm^2] 61 50 590 138 276 18

Densitatea materialului (ρ) [kg/m^3] 480 1030 7600 1800 1700 2200

Acceleratia gravitationala (g) [m/s^2] 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665

Greutatea specifica (γ) [N/m^3] 4707,192 10100,8495 74530,54 17651,97 16671,305 21574,63

Volumul [W] [mm^3] 180000000 156000000 13400000 150000000 68000000 144000000

Greutatea (G) [N] 847,29 1575,73 998,70 2647,79 1133,64 3106,74

Masa (Kg)

86,4 160,68 101,84 270 115,6 316,8

Pret/kg [Ron/kg] 4,45 31,9 7,66 16,3 70,4 0,192

Preţ total [Ron/kg] 384,48 5125,69 780,09 4401 8138,24 60,82



Prin intermediul metodologiei şi activităţilor implementate în acest studiu se va oferi posibilitatea alegerii unui anumit material pentru

realizarea grinzilor, în conformitate cu obiectivele de sustenabilitate și de protecția mediului.

În tabelele urmatoare se vor centraliza valorile privind dimensiunile, greutatea, pretul energia consumata emisiile de CO2 pe intraga

durata de viata a grinzilor realizate din: lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton in functie de lungimile si incarcarile

grinzilor.

Tabel 6.2. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si amprenta de carbon pentru grinda realizata din

lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 4 m şi încărcări de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30

N/mm

Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton

Q=10

N/mm

L=4

Latime 120 110 82 105 65 90

Inaltime 280 280 180 280 190 280

Greutate 64,52 126,89 84,82 211,68 83,98 221,76

Pret 287,08 4047,98 649,69 3450,38 5912,19 42,58

Energie consumata (MJ) 534 38100 6900 23800 22900 297

CO2 (kg) 32.3 2540 433 1660 1450 23,7

Q=15

N/mm

L=4

Latime 150 130 90 125 85 120

Inaltime 300 300 200 300 200 300

Greutate 86,4 160,68 101,84 270 115,6 316,8

Pret 384,48 5125,69 780,09 4401 8138,24 60,83

Energie consumata 671 48200 8280 30400 31500 425

CO2 39,8 3210 520 2120 1990 33,9

Q=20

N/mm

L=4

Latime 140 120 98 120 85 120

Inaltime 340 340 220 340 220 340

Greutate 91,39 168,096 120,384 293,76 127,16 359,04

Pret 406,69 5362,26 922,14 4788,29 8952,064 68,94





CO2 43.3 3360 615 2310 2190 38,4

Q=25

N/mm

L=4

Latime 160 140 106 135 82 140

Inaltime 350 350 240 350 240 350

Greutate 107,52 201,88 140,14 340,2 133,824 431,2

Pret 478,464 6439,972 1073,50 5545,26 9421,20 82,79


CO2 53.9 4040 716 2670 2310 46,1

Q=30

N/mm

L=4

Latime 170 150 106 145 98 160

Inaltime 360 360 240 360 240 360

Greutate 117,504 222,48 140,144 375,84 159,936 506,88

Pret 522,89 7097,112 1073,50 6126,19 11259,49 97,32


CO2 58.9 4450 716 2950 2760 54,2



Se consată urmatoarele:

Pentru lungimi de 4 metri

Cea mai mare greutate o au grinzile din beton, cel mai mare preţ este în cazul

grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi energie consumata sunt in

cazul grinzii din aluminiu.

0

200

400

600

lemn aluminiu otel fibra desticla

fibra decarbon

beton

kG

Greutatea

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

05000

1000015000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

0

20000

40000

60000

80000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

2000

4000

6000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30



Tabel 6.3. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preţurile, energia consumată si amprenta de carbon pentru grinda

realizată din lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 5 m şi încărcări de 10 N/mm, 15 N/mm,

20 N/mm, 25 N/mm si 30 N/mm


Q=10

N/mm

L=5

Latime 160 150 98 135 85 110

Inaltime 320 320 220 320 220 320

Greutate 122,88 247,2 150,48 388,8 158,95 387,2

Pret 546,81 7885,68 1152,67 6337,44 11190,08 74,34


CO2 61,5 4940 615 3050 2740 41,4

Q=15

N/mm

L=5

Latime 190 170 106 155 98 140

Inaltime 350 350 240 350 240 350

Greutate 159,6 306,42 175,18 488,25 199,92 539

Pret 710,22 9774,95 1341,87 7958,475 14074,36 103,48


CO2 79,9 6130 716 3840 2740 57,6

Q=20

N/mm

L=5

Latime 190 170 113 165 105 160

Inaltime 380 380 260 380 260 380

Greutate 173,28 332,69 202,92 564,3 232,05 668,8

Pret 771,09 10612,81 1554,36 9198,09 16336,32 128,40


CO2 86,8 6650 1040 4430 4000 71,5

Q=25

N/mm

L=5

Latime 210 185 119 180 105 170

Inaltime 400 400 280 400 280 400

Greutate 201,6 381,1 232,18 648 249,9 748

Pret 897,12 12157,09 1778,49 10562,4 17592,96 143,61


CO2

101 7620 1190 5090 4310 80




Q=30

N/mm

L=5

Latime 250 220 125 210 120 210

Inaltime 400 400 300 400 280 400

Greutate 240 453,2 262,58 756 285,6 924

Pret 1068 14457,08 2011,36 12322,8 20106,24 177,40


CO2 120 9060 1340 5940 4920 98,8



Pentru lungimi de 5 metri.

Şi în acest caz se constată că greutatea cea mai mare o au grinzile din beton, cel mai

mre preţ este în cazul grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi

energie consumată sunt în cazul grinzii din aluminiu.

0

500

1000


fibra decarbon

beton

KG

Greutate

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

10000

20000

30000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

50000

100000

150000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

5000

10000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

q= 10

q=15

q=20

q=25



Tabel 6.4. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preţurile, energia consumată şi amprenta de carbon pentru grinda realizata din

lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 6 m şi încărcări de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30

N/mm


Q=10

N/mm

L=6

Latime 160 140 113 135 90 130

Inaltime 380 380 260 380 260 380

Greutate 175,10 328,77 243,54 554,04 238,68 652,08

Pret 779,21 10487,95 1865,24 9030,85 16803,07 125,19


CO2 87,7 6570 1040 4350 4120 69,7

Q=15

N/mm

L=6

Latime 210 180 119 175 105 160

Inaltime 400 400 280 400 280 400

Greutate 241,92 444,96 278,616 756 299,88 844,8

Pret 1076,54 14194,22 2134,19 12322,8 21111,55 162,20


CO2 121 8890 1190 5940 5170 90,3

Q=20

N/mm

L=6

Latime 240 210 125 200 110 190

Inaltime 420 420 300 420 300 420

Greutate 290,304 545,076 315,096 907,2 336,6 1053,36

Pret 1291,8528 17387,9244 2413,63 14787,36 23696,64 202,24512


CO2 134 10900 1340 7130 5800 113

Q=25

N/mm

L=6

Latime 245 190 131 180 115 200

Inaltime 470 470 320 470 320 450

Greutate 331,632 551,874 354,768 913,68 375,36 1188

Pret 1475,7624 17604,7806 2717,52 14892,984 26425,344 228,096


CO2 153 11000 1810 7180 6470 127



Q=30

N/mm

L=6

Latime 210 190 143 180 120 200

Inaltime 500 500 360 500 340 500

Greutate 302,4 587,1 442,77 972 416,16 1320

Pret 1345,68 18728,49 3391,66 15843,6 29297,664 253,44


CO2 151 11700 2260 7640 7180 141




Pentru grinzi de 6 metri:

Şi în acest caz se constată că greutatea cea mai mare o au grinzile din beton, cel mai

mre preţ este în cazul grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi

energie consumată sunt în cazul grinzii din aluminiu.

0500

10001500


fibra decarbon

beton

KG

Greutate

q= 10

q=15

q=20

q=25

0

20000

40000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

050000

100000150000200000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

5000

10000

15000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30



Tabel 6.5. Centralizator privind dimensinile, greutăţile , preţurile, energia consumată şi amprenta de carbon pentru grinda realizata din

lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 7 m şi încarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30

N/mm


Q=10

N/mm

L=7

Latime 230 200 119 190 110 150

Inaltime 400 400 280 400 280 400

Greutate 309,12 576,8 325,05 957,6 366,52 924

Pret 1375,58 18399,92 2489,89 15608,88 25803 177,40


CO2 155 11500 1190 7520 6320 98,8

Q=15

N/mm

L=7

Latime 230 210 131 195 110 160

Inaltime 450 450 320 450 320 450

Greutate 347,76 681,345 413,896 1105,65 418,88 1108,8

Pret 1547,53 21734,90 3170,44 18022,09 29489,15 212,89


CO2 174 13600 1810 8690 7220 119

Q=20

N/mm

L=7

Latime 230 200 143 190 120 170

Inaltime 500 500 360 500 340 500

Greutate 386,4 721 516,572 1197 485,52 1309

Pret 1719,48 22999,9 3956,94 19511,1 34180,60 251,32


CO2 194 14400 2260 9400 8370 140

Q=25

N/mm

L=7

Latime 280 250 143 240 130 210

Inaltime 500 500 360 500 360 500

Greutate 470,4 901,25 516,572 1512 556,92 1617

Pret 2093,28 28749,87 3956,94 24645,6 39207,16 310,46


CO2 236 18000 2260 11900 9600 173



Q=30

N/mm

L=7

Latime 340 310 155 290 140 260

Inaltime 500 500 400 500 370 500

Greutate 571,2 1117,55 627,76 1827 616,42 2002

Pret 2541,84 35649,84 4808,64 29780,1 43395,96 384,38


CO2 286 22300 3210 14400 10600 214





Se constată că greutatea cea mai mare o au grinzile din beton, cel mai mare preţ este

in cazul grinzilor din fibra de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi energie consumata

sunt in cazul grinzii din aluminiu.

0

1000

2000

3000


fibra decarbon

beton

KG

Greutate

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

20000

40000

60000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

0100000200000300000400000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

10000

20000

30000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30




lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton cu deschideri de 8 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30

N/mm


Q=10

N/mm

L=8

Latime 240 210 131 200 135 150

Inaltime 450 450 320 450 300 450

Greutate 414,72 778,68 473,02 1296 550,8 1188

Pret 1845,50 24839,89 3623,36 21124,8 38776,32 228,09


CO2 208 15600 2420 10200 9500 127

Q=15

N/mm

L=8

Latime 260 230 143 220 120 170

Inaltime 500 500 360 500 360 500

Greutate 499,2 947,6 590,36 1584 587,52 1496

Pret 2221,44 30228,44 4522,21 25819,2 41361,40 287,23


CO2 250 18900 2260 12400 10100 160

Q=20

N/mm

L=8

Latime 260 230 155 220 120 190

Inaltime 550 550 400 550 400 550

Greutate 549,12 1042,36 717,44 1742,4 652,8 1839,2

Pret 2443,58 33251,28 5495,59 28401,12 45957,12 353,12


CO2 275 20800 3670 13700 11300 197

Q=25

N/mm

L=8

Latime 320 280 155 270 140 240

Inaltime 550 550 400 550 400 550

Greutate 675,84 1268,96 717,44 2138,4 761,6 2323,2

Pret 3007,48 40479,82 5495,59 34855,92 53616,64 446,05


CO2 339 25400 3670 16800 13100 248




Q=30

N/mm

L=8

Latime 300 280 143 270 120 240

Inaltime 600 600 360 550 450 550

Greutate 691,2 1384,32 1180,73 2138,4 734,4 2323,2

Pret 3075,84 44159,80 9044,43 34855,92 51701,76 446,05

Energie consumata 5720 415000 241000 200000 3110

CO2 346 27700 16800 12700 248




Şi în acest caz se constată ca grinda din beton are cea mai mare greutate; cel mai mare

preţ este în cazul grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 în funcţie de

energia consumată sunt în cazul grinzii din aluminiu.

0

1000

2000

3000


fibra decarbon

beton

KG

Greutate

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

50000

100000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

0

200000

400000

600000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

10000

20000

30000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

8m q= 10

8m q=15

8m q=20

8m q=25

8m q=30





N/mm


Q=10

N/mm

L=9

Latime 240 210 143 200 130 170

Inaltime 500 500 360 500 340 500

Greutate 518,4 973,35 664,16 1620 676,26 1683

Pret 2306,88 31049,86 5087,49 26406 47608,70 323,13

Energie consumata 4290 292000 182000 184000 2260

CO2 260 19500 12700 11700 180

Q=15

N/mm

L=9

Latime 280 240 155 230 130 210

Inaltime 550 550 400 550 390 500

Greutate 665,28 1223,64 807,12 2049,3 775,71 2079

Pret 2960,49 39034,11 6182,53 33403,59 54609,98 399,16


CO2 333 24500 3670 16100 13400 222

Q=20

N/mm

L=9

Latime 270 240 155 230 155 210

Inaltime 600 600 400 600 400 600

Greutate 699,84 1334,88 807,12 2235,6 948,6 2494,8

Pret 3114,28 42582,67 6182,53 36440,28 66781,44 479


CO2 351 26700 3670 17600 16400 267

Q=25

N/mm

L=9

Latime 310 280 90 260 195 230

Inaltime 620 620 260 620 400 620

Greutate 830,304 1609,272 330,372 2611,44 1193,4 2823,48

Pret 3694,85 51335,77 2530,64 42566,47 84015,36 542,10


CO2 416 32200 1190 20500 20600 302




Q=30

N/mm

L=9

Latime 320 290 90 270 195 240

Inaltime 650 650 260 650 425 650

Greutate 898,56 1747,39 330,37 2843,1 1268 3088,8

Pret 3998,59 55741,90 2530,64 46342,53 89266,32 593,0496


CO2 450 34900 1190 22300 21800 330



Pentru grinzi cu lungimea de 9 metri:

0

1000

2000

3000

4000


fibra decarbon

beton

KG

Greutate

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

50000

100000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

200000

400000

600000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

20000

40000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30





N/mm


Q=10

N/mm

L=10

Latime 270 240 155 230 155 180

Inaltime 550 550 400 550 355 550

Greutate 712,8 1359,6 896,8 2277 935,42 2178

Pret 3171,96 43371,24 6869,48 37115,1 65853,92 418,17


CO2 357 27200 4270 17900 16100 233

Q=15

N/mm

L=10

Latime 290 250 90 240 170 200

Inaltime 600 600 260 600 400 600

Greutate 835,2 1545 367,08 2592 1156 2640

Pret 3716,64 49285,5 2811,83 42249,6 81382,4 506,88


CO2 418 30900 1810 20400 19900 282

Q=20

N/mm

L=10

Latime 300 270 90 250 160 220

Inaltime 650 650 260 650 450 650

Greutate 936 1807,65 367,08 2925 1224 3146

Pret 4165,2 57664,03 2811,83 47677,5 86169,6 604,03


CO2 418 36100 1810 23000 21100 336

Q=25

N/mm

L=10

Latime 300 270 100 250 190 220

Inaltime 700 700 300 700 450 650

Greutate 1008 1946,7 446,88 3150 1453,5 3146

Pret 4485,6 62099,73 3423,100 51345 102326,4 604,03


CO2 505 38900 2420 24700 25100 336




Q=30

N/mm

L=10

Latime 370 320 100 310 230 280

Inaltime 700 700 300 700 450 700

Greutate 1243,2 2307,2 446,88 3906 1759,5 4312

Pret 5532,24 73599,68 3423,10 63667,8 123868,8 827,904


CO2 623 46100 2420 30700 30300 461


Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 123

Pentru grinzi cu lungimea de 10 metri:

0

2000

4000

6000


fibra decarbon

beton

KG

Greutate

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

50000

100000

150000


fibra decarbon

beton

RO

N

Pret

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

200000

400000

600000

800000


fibra decarbon

beton

MJ

Energie consumata

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30

0

10000

20000

30000

40000

50000


fibra decarbon

beton

KG

CO2

q= 10

q=15

q=20

q=25

q=30



Pentru încarcari gravitaţionale uniform distribuite q = 10 N/mm

0

500

1000

1500

2000

2500

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

Greutate

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton

0

20000

40000

60000

80000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

RO

N

Preţ

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton

0

200000

400000

600000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

MJ

Energie consumată

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

10000

20000

30000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

CO2

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon



Pentru incarcari q=15 N/mm

0

1000

2000

3000

4000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

Greutate

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton

0

50000

100000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

RO

N

Preţ

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

0

200000

400000

600000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

MJ

Energie consumată

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

10000

20000

30000

40000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

CO2

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon




0

1000

2000

3000

4000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

Greutate

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

50000

100000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

RO

N

Preţ

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

200000

400000

600000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

MJ

Energie consumată

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton

0

10000

20000

30000

40000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

CO2

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton




0

1000

2000

3000

4000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

Axis Title

Greutate

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton

0

50000

100000

150000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

RO

N

Preţ

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

200000

400000

600000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

MJ

Energie consumată

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

20000

40000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

CO2

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla



Pentru încarcari q=30 N/mm

0

1000

2000

3000

4000

5000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

Greutate

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

Beton

0

50000

100000

150000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

RO

N

Preţ

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

500000

1000000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

MJ

Energie consumată Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon

0

20000

40000

60000

4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m

KG

CO2

Lemn

Aluminiu

Otel

Fibra de sticla

Fibra de carbon



6.1.2. Concluzii

- Pana la lungimea de 9 metri cea mai mică greutate o au grinzile din lemn, peste 9

metri grinzile din otel profil U au greutatea cea mai mică;

- Pentru dimensionare grinzii din oţel s-au utilizat profile I şi U, grinzile realizate din

profile I au greutăţi aproximativ egale cu grinzile realizate din fibră de carbon;

- Cele mai mari greutăţi sunt în cazul grinzilor de fibră de sticlă şi beton;

- Cele mai mici preţuri de realizare sunt pt grinzile din beton, ele având de asemenea şi

cele mai mici emisii de CO2, şi cele mai mici consumuri de energie pe durata întregii

vieti;

- Cele mai mari preţuri de realizare sunt în cazul grinzii din fibră de carbon, de aceea

nu se recomandă utilizarea nejustificată a carboului.

- Deşi au cele mai mici greutăţi, dimensiunile (înalţimea şi lătimea) grinzilor din lemn

sunt cele mai mari;

- Deşi are o rezistenţă ridicată, fibra de sticlă este mult mai elastica comparativ cu

oţelul şi betonul, iar pt a se putea respecta condiţia de sageată se aleg înalţimi şi

lătimi mult mai mari ceea ce duce la un consum mult mai mare de material;

- În cazul utilizării profilelor U pt realizarea grinzilor din oţel se constată că acestea au

costuri mai mici comparativ cu grinzile realizate din lemn

- Desi au dimensiuni aproximativ egale grinzile din fibra de sticla au greutati mai mari,

dar preturi mai mici comparativ cu grinzile realizate din aluminiu

- Desi au dimensiuni şi greutati mult mai mici grinzile din fibra de carbon au costuri de

productie, emisii de CO2 şi energie consumata mai mari comparativ cu grinzile din

fibra de sticla

- Grinzile din aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon şi beton sunt

incombustibile, nu putrezesc , sunt insensibile la actiunea insectelor şi au o calitate

uniforma

Concluzii generale:

- Pentru lungimi de 4 şi 5 metri materialele recomandate pentru producerea grinzilor

sunt lemnul şi betonul pentru ca au cele mai mici costuri de productie, cele mai mici

emisii de CO2, cele mai mici consumuri de energie

- Pentru lungimi mai mari de 8 metri materialul recomandat pentru producerea grinzilor

este otelul pentru ca are cele mai mici dimensiuni, cele mai mici costuri şi cele mai

mici greutati



6.2. Analiza multicriterială a impactului generat de fiecare tip de

material

Analiza multicriterială abordează o gamă largă de impacturi ale proiectului,

răspunzand direct factorilor de decizie și este deschisă evaluărilor alternative ale ponderilor

aferente diverselor impacturi.

Analiza multicriterială reprezinta o abordare structurată utilizată pentru a determina

preferințele generale dintre mai multe opțiuni alternative identificate, opțiuni care conduc la

îndeplinirea unor obiective, cu respectarea principiilor care stau la baza opțiunilor analizate.

Criteriul reprezintă parametrul în funcție de care opțiunile identificate sunt evaluate și

comparate pentru a se stabili măsura în care acestea conduc la îndeplinirea obiectivelor.

Fiecare criteriu trebuie să măsoare un aspect relevant și nu trebuie să depindă de un alt

criteriu. Criteriile sunt, în general, de două feluri: cantitative și calitative.

Analiza opțiunilor identificate ca fiabile, pentru analiza impactului fiecarui tip de

material, trebuie sa țină cont de următoarele seturi de criterii:

1. Criterii tehnice

2. Criterii economice

3. Criterii de mediu

4. Criterii sociale

Pentru identificarea celei mai bune opțiuni, fiecărui set de criterii i se va aloca un

punctaj, fie prin tehnica comparării, fie prin calculare pe baza mărimilor fizice cuantificabile

pentru criteriile respective, în cadrul unei analize multicriteriale.

6.2.1. Criteriile tehnice

Criteriile tehnice se referă la caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor. În

cadrul criteriilor tehnice sunt considerate relevante următoarele elemente componente, care

definesc ușurința implementării unei anumite opțiuni:

1) Densitate (kg/m3)

2) Limită de curgere (MPa)

3) Rezistența de rupere la tracțiune (MPa)

4) Rezistența la compresiune (MPa)

5) Rezistența la încovoiere (MPa)



1. Densitatea

Densitatea (sau mai exact densitatea de masă, numită și masă specifică) este o mărime

fizică folosită pentru descrierea materialelor și definită ca masa unității de volum. Astfel,

densitatea unui corp este egală cu raportul dintre masa și volumul său. Densitatea este o

mărime locală (intensivă), în sensul că densitatea unui corp poate diferi de la un loc la altul și

nu depinde de mărimea corpului. Corpurile realizate din substanțe omogene au aceeași

densitate indiferent de punctul în care se face măsurarea; la un astfel de corp prin divizare se

obțin corpuri care prezintă aceeași densitate.

(14)

Unde m – masa

V - volum

2. Limita de curgere

Limita de curgere sau limita deformaţiilor mari, (punctul C) notata cu σc, este

valoarea efortului unic la care epruveta se deformează fata ca sarcina sa mai crească.

3. Rezistenţa la rupere la tracţiune

Rezistenta la rupere la tractiune σr,este efortul unitar corespunzător valorii maxime a

sarcinii. Ea este egala cu :

(15)

Unde : - este forţa maxima înregistrata la încercare ;

- este aria secţiunii iniţiale a epruvetei

6.2.2. Criterii economice

În cadrul criteriilor economice sunt analizate atât costurile de fabricare, cât și costurile

de operare.

1. Costul de fabricare

Cuprinde costul de achizitie a materiilor prime şi materialelor consumabile şi

cheltuielile de productie direct atribuibile bunului. În literatura de specialitate, costul de

producţie este considerat un indicator sintetic, care alături de productivitatea muncii şi

rentabilitate, caracterizează calitatea, eficienţa activităţii economice, modul în care sunt

gospodărite fondurile băneşti în orice întreprindere. Costul de producţie este un element



fundamental pentru succesul firmei; nivelul său trebuie în permanenţă urmărit şi analizat,

deoarece acesta influenţează în mod direct preţul de vânzare şi beneficiul care se va obţine.

2. Costuri de operare

Costurile de operare trebuie să acopere exploatarea pe durata întregii vieţi a

materialelor.

Costurile de operare vor include:

- Costuri de mentenanță

- Costuri de punere in opera

- Costuri de transport etc.

6.2.3. Criterii de mediu

Fiecare material utilizat are un anumit impact asupra mediului. În cadrul criteriilor de

mediu se va determina impactul relativ asupra mediului prin compararea impacturilor fiecărei

opțiuni identificate, ținându-se cont de următoarele aspecte:

- Energia folosita la productia primara

- Amprenta de CO2, producție primară(kg/kg)

- Substante toxice degajate

- Tratamente aplicate materialului

- Post- uilizarea

- Criterii sociale

În cadrul criteriilor sociale sunt considerate relevante următoarele elemente

componente, care definesc implicațiile sociale ale unei anumite opțiuni:

6.2.4. Sănătatea umană

Sănătatea este o problemă importantă, atât pentru public cât şi pentru reglementările

legislative. Reglementările de mediu vizează protecţia sănătăţii umane, precum şi a mediului.

Echipamente de protectie folosite in etapa de punere in opera



6.2.5. Elaborarea matricei de performanţă

Analiza multicriteriala ajută la evaluarea mai multor opţiuni în cazul unor probleme şi

decizii complexe, implicand existenţa criteriilor diferite din punctul de vedere al metodelor

de măsurare.

Există mai multe metode de evaluarea multicriterială, dintre care se amintesc:

însumarea ponderilor, procesul ierarhiei analitice, metode de surclasare (ELECTRE I) etc.

Pentru analiza multicriterială a impactului materialelor compozite, se propune metoda

însumării ponderilor. Metoda, cunoscută și sub numele de modele liniare cumulative, este o

metodă foarte utilizată în cazul deciziilor multicriteriale.

Metoda însumării ponderilor, se aplică în ipoteza că criteriile sunt preferențial

independente unul de celălalt. Modelul liniar arată cum valorile anumitor criterii arefente

unei opțiuni pot fi combinate într-o valoare de ansamblu.

Acest lucru se realizează prin acordare de ponderi de la 0 la 5 in functeie de valoarea

standardizata a fiecărui criteriu, urmată de însumarea punctajelor ponderate ale tuturor

criteriilor. Calcularea punctajului total pentru fiecare alternativă de material se poate face

folosind următoarea relație:

∑

(16) în care:

– opțiunea (altenativa) identificată, unde i este numărul opțiunii;

– ponderea criteriului j, unde j ia valori între 1 și numărul de criterii n;

– punctajul acordat criteriului j, pentru opțiunea i.

De remarcat este că procesul de standardizare și acordare a ponderilelor pentru fiecare

criteriu, implică un grad ridicat de subiectivism. De aceea apare necesitatea explicarii

punctelor forte și a punctelor slabe in cazul fiecarui material.

Pentru realizarea matricei de performață, fiecare criteriu identificat anterior va primi o

anumită pondere, iar fiecare alternativă va fi punctată corespunzător fiecărui criteriu.

Criteriile tehnice, de mediu și de cost sunt criterii calitative, opțiunile care sunt

preferate altora primesc un punctaj mai mare pe scarea nivelului de preferință, iar opțiunile

mai puțin preferate primesc un punctaj mai mic. Criteriile economice sunt criterii cantitative,

bazate pe costuri de fabricare, respectiv exploatare. Opțiunea cu cel mai mic cost de

exploatare sau exploatare, primește punctaj maxim (5), celelalte opțiuni primind punctaj

funcție de aceasta. Pentru evaluarea ponderilor s-a folosit estimarea directă a importanței



relative prin atribuirea directă a unei valori fixe fircărui criteriu. S-a optat pentru o valoare

egala pe cele patru categorii de criterii adica 25 puncte distribuite egal pentru fiecare

alternativa a criteriului .

Tabel 6.9. Ponderile direct exprimate

Criterii Ponderi

A. Criterii tehnice 25

A.1. Densitate 5

A.2. Limită de curgere 5

A.3. Rezistența de rupere la tracțiune 5

A.4. Rezistența la compresiune 5

A.5. Rezistența la încovoiere 5

B. Criterii economice 25

B.1. Costuri de fabricare 10

B.2. Costuri de operare 15

C. Criterii de mediu 25

C.1.Energia folosita la productia primara 5

C.2.Amprenta de CO2, producție primară(kg/kg) 5

C.3.Substante toxice degajate 5

C.4.Tratamente aplicate materialului 5

C.5.Post- uilizarea 5

D. Criterii sociale 25

D.1. Sănătatea umană; 5

D.2. Echipamente de protectie folosite in etapa de punere in

opera 5

D.3. Comportarea la foc 5

D.4. Comportarea la umezeala 5

D.5. Durata de viata 5

Astfel punctajul maxim al unui material este de 100 de puncte.

Strategiile de alegere a materialelor trebuie să fie dezvoltate pe baza unor obiective

specifice ce reflecta “eficienta economică, tehnică și de mediu”. Aceste obiective sunt

următoarele:

- Aplicabilitate: Strategia trebuie să fie bazată pe condițiile și resursele locale sau

trebuie să fie ușor adaptabilă la cele potenţial aplicabile. Aceasta include utilizarea

infrastructurii și resursele existente sau potențiale.

- Flexibilitate: Strategia nu depinde de o singură opțiune, combinarea a două sau mai

multe opțiuni este recomandată.

- Acceptabilitatea mediului: Riscurile potențiale și impacturile posibile asupra

mediului vor fi evitate sau reduse.

- Siguranța și viabilitate: Strategia trebuie supusă standardelor actuale naționale și

europene, dar este posibil să fie valabilă pentru toată perioada proiectului.



- Eficiența costului.

Obținerea materialelor compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice

şi economice, între care amintim:

- necesitatea realizării unor materiale cu proprietăţi deosebite, imposibil de atins de

materialele tradiţionale;

- necesitatea creşterii siguranţei şi a fiabilităţii în exploatare a diferitelor construcţii şi

instalaţii;

- necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preţioase;

- posibilitatea reducerii consumurilor de manoperă şi a reducerii duratelor tehnologice

de fabricaţie.

Strategiile de alegere a materialelor trebuie să fie dezvoltate pe baza unor obiective

specifice ce reflecta “eficienta economică, tehnică și de mediu”. Aceste obiective sunt

următoarele:

- reducerea consumului de energie pentru procesele de obţinere;

- minimizarea impactului asupra mediului;

- asigurarea necesarului de materiale pentru o populaţie în curs de dezvoltare.

Pe baza acestor criterii, și pe baza opțiunilor identificate pentru alegerea materialului

se poate realiza matricea de decizie, (Tabel 6.10), pe baza cărei se va determina opțiunea

recomandată ca fiind cea mai bună opțiune practicabilă pentru alegerea materialului, opțiunea

cu cel mai mare punctaj.



Tabel 6.10. Matricea de performanță

Criterii Opțiunea

1

Opțiunea

2 …

Opțiunea

n

Criterii tehnice

Densitate (kg/m3)

Limită de curgere (MPa)

Rezistența de rupere la tracțiune (MPa)

Rezistența la compresiune (MPa)

Rezistența la încovoiere (MPa)

Criterii economice

Costuri de fabricare

Costuri de operare

Criterii de mediu

Energia folosita la productia primara

Amprenta de CO2, producție primară(kg/kg)

Substante toxice degajate

Tratamente aplicate materialului

Post- uilizarea

Criterii sociale

Sănătatea umană;

Echip de prot folosite in etapa de punere in opera

Comportarea la foc

Comportarea la umezeala

Durata de viata

PUNCTAJ TOTAL:



Tabel 6.11. Matricea de performanță

Criterii Lemn Aluminiu Otel Beton Fibra de sticla Fibra de carbon

Criterii tehnice

Densitate (kg/m3) 390 – 480 970 – 1030 7450- 7600 2200-2600 1500 – 1800 1400 - 1700

Limită de curgere (MPa) 36.3 - 44.3 25 – 30 370 – 460 1 - 1.2 110 - 193 221 - 276

Rezistența de rupere la

tracțiune (MPa) 61.8 - 75.5 50 - 70 590 - 720 1.1 – 1.3 138 - 241 276 - 345

Rezistența la compresiune

(MPa) 37.9 - 46.3 25 - 30 370 – 460 13.3 - 30 138 - 207 207 - 276

Rezistența la încovoiere

(MPa) 66.4 - 81.2 30 - 36 370 - 460 1.7- 2.4 345 - 483 517 - 655

Criterii economice

Costul de fabricare

(lei/kg) 1.41 22.72 3 0.25 6.1 50.4

Costul de mentenanta

(lei/mp)

Ignifugare =

12lei/mp

Lacuire = 15

lei/mp

0 Vopsire= 6

lei/mp Varuie= 6 lei/mp 0 0

Criterii de mediu Energie folosită, producție

primară (MJ/kg) 7.2 - 7.96 290 – 310 77.2 – 85. 3 5.4 - 6 107 - 118 259 - 286

Amprenta de CO2, producție

primară(kg/kg) 0.427 - 0.472 19 – 21 4.85 – 5.36 0.906 - 1 7.46 – 8.25 14.8 – 18.1

Substante toxice degajate - lindan

- pentaclorfenol

- xilol, toluol

- izocianaţi

- oxidul de azot,

- monoxidul de

carbon,

- metalele grele

- oxidul de azot,

- monoxidul de

carbon,

- metalele grele

- cromul

- radon

- Fenol-

- bifenili

- policloraţi

- răşina epoxi

- Fenol-

- bifenili

- policloraţi

- răşina epoxi

Tratamente aplicate

materialului

- ignifugarea

- hidrofugarea,

tratarea lemnului

Anodizarea şi

vopsirea in camp

electrostatic

Protectie

anticoroziva

Nu necesita

tratamente

speciale

Nu necesita

tratamente

speciale




cu fungicide şi

insecticide,

aseptizarea

Post- uilizarea

Criterii sociale

Sănătatea umană

Echipamente de protectie

folosite in etapa de

punere in opera

- Casca

- Manusi

- Incaltaminte cu

bombeu metalic

- Casca

- Manusi

- Incaltaminte cu

bombeu metalic

- Casca

- Manusi

- Incaltaminte cu

bombeu metalic

- Casca

- Manusi

- Cizme

- Boneta sau basma

de protectie

- Ecran de protectie

a fetei

- Ochelari de

protectie

- Imbracaminte

pentru protejarea

corpului

- Manusi de

protectie din cauciuc

rezistent sau

material sintetic

rezistent

- Bocanci de

protectie

- Boneta sau basma

de protectie

- Ecran de protectie

a fetei

- Ochelari de

protectie

- Imbracaminte

pentru protejarea

corpului

- Manusi de

protectie din cauciuc

rezistent sau

material sintetic

rezistent

- Bocanci de

protectie

Comportarea la foc Foarte inflamabil Inflamabil Inflamabil

constituie o

excelentă barieră

împotriva focului.

Usor inflamabil Auto-stingere

Comportarea la umezeala Degradeaza

lemnul Coroziune Coroziune Nu e afectat Nu e afectat Nu e afectat

Durata de viata 50 100 100 80 150 150



Tabel 6.12. Substante daunătoare şi efectul lor asupra sănătăţii

Denumirea substanţei dăunătoare Materiale de construcţie în care

apar aceste substanţe

Efectul asupra sănătăţii

lindan

substanţele pentru protejarea

lemnului, insecticide

dereglarea sistemului nervos, crampe, vomă,

dureri de cap

xilol, toluol solvent pentru adezivi şi lacuri afecţiuni cardiace, ficat, rinichi şi

sistem nervos, iritarea pielii, căilor

respiratorii şi ochilor

pentaclorfenol substanţe de protejare a lemnului, fungicide,

substanţele care atacă ciuperca formată în lemn,

tapetul, clei

afectează ficatul şi rinichii

izocianaţi lacuri şi substanţe de lipit, plăci de strângere,

spumant pe bază de

poliuretan

irită mucoasa, astm alergic

oxidul de azot dificultati respiratorii, iritatii ale cailor respiratorii,

disfunctii ale plamanilor.

monoxidul de carbon elemente de încălzire (ardere

incompletă)

atacă sistemul nervos, ritm modificat al inimii,

slăbirea capacităţii de concentrare şi insomnii

metalele grele afectează creierul şi sistemul nervos, alergii ale

pielii, insomnii, sentiment de spaimă, afecţiuni ale

rinichilor

crom

întăritor pentru ciment, element de impregnare iritarea mucoasei, mâncărime cronică a ochilor şi

bronşită

Fenol-

răşina sintetică, cleiul,

substanţele de

impregnare

cauzează cancerul, dă dureri de cap, dereglează

sistemul nervos, văzul, rinichii, ficatul,

metabolismul, dă moleşeală

bifenili policloraţi substanşele de impregnare, plastifiant

pentru materiale plastice

afecţiuni ale rinichilor şi ficatului, cancer

răşina epoxi lacuri şi elemente de impregnare,

răşina epoxi lacuri şi elemente de impregnare, alergii, cancer, astm

radon cancerul cailor respiratrorii



Tabel 6.13. Matricea de performantain cazul materialelor comaprate


Criterii tehnice

Densitate 5 4 0 1 2 3

Limită de curgere 2 1 5 0 3 4

Rezist la tracțiune 2 1 5 0 3 4

Rezist compresiune 2 1 5 0 3 4

Rezistența la încovoiere 3 1 4 0 4 5

Total criterii tehnice 10 8 19 1 15 20

Criterii economice

Costul de fabricare 8 2 6 10 4 0

Costul de mentenanta 5 10 10 10 15 15

Total criterii economice 13 12 16 20 19 15

Criterii de mediu

Energie folosită, 4 0 3 5 2 1

CO2 5 0 3 4 2 1

Subst toxice degajate 5 3 3 4 1 1

Trat aplic materialului 1 3 3 4 5 5

Post- uilizarea 4 5 5 3 1 1

Total criteria de mediu 19 11 17 20 11 9

Criterii sociale

Sănătatea umană 5 4 4 4 1 1

Echip de prot fol in et de

punere in opera 5 5 5 5 2 2

Comportarea la foc 0 1 2 5 3 4

Comport la umezeala 0 1 1 5 5 5

Durata de viata 2 4 4 3 5 5

Total criterii sociale 12 15 16 22 16 17

Total 54 46 68 63 61 61





6.2.6. Concluzii privind matricea de performanţă

Figura 6.1. Concluzii privind totalul crirteriilor

Identificarea celor mai bune opțiuni de mediu practicabile, este o metodologie

strategică, care a fost dezvoltată pentru identificarea opțiunii optime pentru alegerea

materialului. Această metodologie pe baza analizei multicriteriale furnizează o aplicare

completă și flexibilă ce poate fi utilizata în cadrul dimensionarii oricarui element.

Desi nu a obtinut la nici un criteriu punctajul maxim, cel mai mare punctaj l-a obtinut

otelul fiind urmat de beton (a obtinut cel mai bun punctaj la criteriile economice, de mediu şi

sociale).

Cel mai slab punctaj l-a avut aluminiul fiind defavorizat de criteriile economice şi de

mediu.



Fibrele de sticlă şi carbon au însumat acelaşi puncataj, fibra de sticla fiind mai

performanta din punct de vedere al conditiilor economice şi de mediu, iar fibra de carbon

avand cele mai bune caracteristici dpdv tehnic.

6.3. Inventarierea formelor de impact generat de tipul materialului

utilizat pe perioada fabricarii şi punerii în operă

În urmatorul tabel se va evidenţia impactul pentru factorii de mediu: apa, aer, sol,

biodiversitate şi factorul uman în etapele de fabricare şi punere în operă pentru lemn,

aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton

Material FACTOR DE MEDIU APA

Fabricare Punere în operă

Lemn - PTS: creșterea turbidității,

reducerea procesului de

fotosinteză algală, reducerea

cantității de oxigen din apă

- PTS: creșterea turbidității,



cantității de oxigen din apă

Aluminiu - metale grele (Cu, Mg, Mn) și

PTS, SO2, NO2 – acumulare în

organisme vii, producând

mutații, boli ale sângelui

-

Oțel - metale grele (Cu, Mg, Mn) și

PTS, SO2, NO2 – acumulare în

organisme vii, producând

mutații, boli ale sângelui

-

Fibră de sticlă - stiren (folosit în procesul de

fabricație): otrăvitor pentru

ihtiofaună

-

Beton - PTS: creșterea turbidității,



oxigenului din apă

- PTS: creșterea turbidității,


fotosinteză algală,

reducerea oxigenului din

apă

Material FACTOR DE MEDIU AER


Lemn - PTS - PTS (antrenare eoliană), NO2,

SO2, CO, COVNM (circulația

mijloacelor de transport și

activitatea utilajelor): amplificarea

efectului de seră, apariția ploilor

acide

Aluminiu - metale grele (Cu, Mg,

Mn) și PTS, SO2, NO2:

amplificarea efectului de

seră, apariția ploilor acide

- NO2, SO2, CO, COVNM (circulația mijloacelor de transport

și activitatea utilajelor):

amplificarea efectului de seră,

apariția ploilor acide

- Emisii de ozon, oxid de fier

Oțel - metale grele (Cr, Cu, Pb,

Ni, Mo) și PTS, SO2,




NO2: amplificarea

efectului de seră, apariția

ploilor acide




- Emisii de ozon, oxid de fier

Fibră de carbon - HCN, NH3, CO, NOX și

COV: efect de seră - NO2, SO2, CO, COVNM

(circulația mijloacelor de transport




Fibră de sticlă - stiren (folosit în procesul

de fabricație) și COV:

poluare atmosferică





Beton - PTS (antrenare eoliană din

depozitele de agregate):

amplificarea efectului de

seră, apariția ploilor acide

- PTS (antrenare eoliană), NO2,

SO2, CO, COVNM (circulația

mijloacelor de transport și

activitatea utilajelor): amplificarea

efectului de seră, apariția ploilor

acide

Material FACTOR DE MEDIU SOL


Lemn - PTS - PTS

Aluminiu - SO2, NO2: scăderea

capacității productive a

solului și acidifierea

solului

- ozon: influenţează negativ

procesul de fixare biologică a

azotului. Procesul de fixare a

azotului este un proces

fundamentale pentru ciclurile

fundamentale din sol (de carbon şi

energie şi de azot), inclusiv pentru

formarea şi menţinerea unei

materii organice de calitate în sol.

Oțel - SO2, NO2: scăderea

capacității productive a

solului și acidifierea

solului


procesul de fixare biologică a

azotului. Procesul de fixare a

azotului este un proces

fundamentale pentru ciclurile

fundamentale din sol (de carbon şi

energie şi de azot), inclusiv pentru

formarea şi menţinerea unei

materii organice de calitate în sol.

Fibră de carbon - HCN, NH3, CO, NOX:

modificarea calității

solului

-


de fabricație): modifică

calitatea solului

- stiren (folosit în procesul de

fabricație): modifică calitatea

solului

Beton - PTS: influenţează negativ

calitatea solului, prin

modificarea pH-ului

- PTS: influenţează negativ

calitatea solului, prin modificarea

pH-ului



Material FACTOR DE MEDIU BIODIVERSITATE


Lemn - PTS: influenţează negativ

procesul de fotosinteză și

transpirația



transpirația

Aluminiu - SO2, NO2: scăderea sau

dispariția unor specii de

plante prin crearea unor

condiții de anabioză în sol

(scăderea capacității

productive),

- SO2: degradarea clorofilei,

reducerea fotosintezei,

creșterea ratei respiratorii,

schimbări în metabolismul

proteinelor, în bilanțul

lipidelor și al apei și în

activitatea enzimatică

- NO2: reducerea procesului

de fotosinteză și a

transpirației plantelor


procesul de fotosinteză

Oțel - SO2, NO2: scăderea sau

dispariția unor specii de

plante prin crearea unor

condiții de anabioză în sol

(scăderea capacității

productive)

- SO2: degradarea clorofilei,

reducerea fotosintezei,

creșterea ratei respiratorii,

schimbări în metabolismul

proteinelor, în bilanțul

lipidelor și al apei și în

activitatea enzimatică

- NO2: reducerea procesului

de fotosinteză și a



procesul de fotosinteză

Fibră de carbon - HCN, NH3, NOX:


fotosinteză și a


-


de fabricație): dăunător

plantelor

- stiren (folosit în procesul de

fabricație): dăunător plantelor

Beton - PTS: influenţează negativ


transpirația



transpirația

Material FACTOR UMAN


Lemn - Substanțe pentru

protejarea lemnului (lindan, pentaclorfenol):

dereglarea sistemului

- PTS: dificultăți respiratorii, iritații

ale cailor respiratorii



nervos, crampe, vomă,

dureri de cap, afecteaza

ficatul şi rinichii

Aluminiu - NO2, CO: dificultati

respiratorii, iritatii ale

cailor respiratorii,

disfunctii ale plamanilor,

ritm modificat al inimii,

slăbirea capacităţii de

concentrare şi insomnii

- metale grele (procese

tehnologice): afectează

creierul şi sistemul nervos,

alergii ale pielii, afecţiuni

ale rinichilor

- ozon (sudură): poate irita ochii și

tractul respirator, cauzează dureri

de cap și poate produce edem

pulmonar.

- oxid de fier (sudură): iritant al

sistemului respirator, afectând

nasul, gâtul şi plămânii, expunerea

pe termen lung poate cauza

sideroză, o fibroză a plămânilor

Oțel - NO2, CO: dificultati

respiratorii, iritatii ale

cailor respiratorii,

disfunctii ale plamanilor,

ritm modificat al inimii,

slăbirea capacităţii de

concentrare şi insomnii

- metale grele: afectează

creierul şi sistemul nervos,

alergii ale pielii, afecţiuni

ale rinichilor

- oxid de fier (sudură): iritant al

sistemului respirator, afectând

nasul, gâtul şi plămânii, expunerea

pe termen lung poate cauza

sideroză, o fibroză a plămânilor.

- ozon (sudură): poate irita ochii și

tractul respirator, cauzează dureri

de cap și poate produce edem

pulmonar

Fibră de carbon - rășini epoxidice, fenoli,

bifenili policlorați: alergii,

cancer, astm, afecţiuni ale

rinichilor, ficatului și

ochilor, afectarea

sistemului nervos și a

metabolismului

-

Fibră de sticlă - rășini epoxidice, fenoli,

bifenili policlorați: alergii,

cancer, astm, afecţiuni ale

rinichilor, ficatului și

ochilor, afectarea

sistemului nervos și a

metabolismului

Beton - PTS: iritarea mucoasei,

mâncărime cronică a

ochilor şi bronşită

- PTS: dificultăți respiratorii, iritații

ale căilor respiratorii


Capitolul 7. Concluzii 147

7. CONCLUZII

Problema creșterii concentrațiilor gazelor cu efecte de seră ca urmare a intensificării

activităților umane şi efectele pe care aceste gaze le au asupra comportamentului general al

climei preocupă din ce în ce mai mult lumea științifică, dar și factorii de decizie, îngrijorați de

consecințele nefavorabile pe care acumularea acestor gaze o au asupra vieții, în general. Ca

urmare teza tratează un subiect actual și de mare importanță pentru stabilitatea planetei,

subiect dezvoltat sub conceptul amprentei de carbon. Gazele cu efect de seră produc topirea

calotelor glaciare care influențează nivelul mărilor și oceanelor. Gazele cu efect de seră,

rezultate în urma activităților industriale sunt vinovate pentru creșterea în intensitate și

frecvență a fenomenelor meteorologice extreme precum tornadele, valurile de căldură,

inundații etc. Toate aceste schimbări climatice, care au tendinţa de creştere ca număr dar şi ca

intensitate, influențează în mod negativ flora și fauna care trebuie să se adapteze rapid la

noile provocări pentru a putea supraviețui.

Efectele gazelor cu efect de seră sunt calculate folosind conceptul amprentei de

carbon, care conform definiției, reprezintă cantitatea de gaze cu efect de seră, exprimată în

dioxid de carbon echivalent, emise în atmosferă de un individ, organizație, proces sau

eveniment, în cadrul unei limite specificate. Teza de doctorat abordează problemele legate de

impactul materialelor compozite utilizate în construcţii asupra mediului axându-se pe

determinarea amprentei de carbon a acestor materiale, pe întreeaga perioadă de existenţă a

acestora.

În acest context, în cadrul tezei sunt prezentate programe de calcul utilizate în

determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie necesar producerii

materiilor prime dar şi produselor finite, în toate etapele ciclului de viaţă ale unui material

compozit.

Impactul generat de utilizarea acestor tipuri de materiale este semnificativ, atât în

perioada de producere a materiilor prime care formeaza materialele compozite cât şi în

perioada de utilizarea a acestora în cadrul unor produse finite. Ameliorarea impactului astfel

produs este o problema de actualitate şi se poate realiza doar prin luarea de măsuri corecte

determinate pe baza unei analize complexe de impact asupra mediului.



În aceste condiţii, evaluarea impactului trebuie să asigure toate informaţiile necesare

stabilirii celor mai bune soluţii tehnice, economice şi de mediu atât in perioada de producere,

cât şi în cele de exploatare si post-utilizare a materialelor compozite.

Masurile de minimizare a impactului negativ al utilizarii materialelor compozite sunt

inca într-o fază de dezvoltare, determinată de numărul mare de parametri care influenţează

procesele de fabricare a materiilor prime si a aproduselor finite compozite. Alegerea soluţiilor

de minimizare a impactului negativ nu este o operaţie simplă, ea cuprinzând mai multe etape

de analiza.

Prezentarea în teza de doctorat a metodelor de calcul pentru determinarea amprentei

de carbon a răspuns următoarelor deziderate:

- prezentarea conceptelor teoretice, a ipotezelor de lucru cu fundamentarea teoretică a

acestora în vederea elaborării soluţiilor tehnice optime de construcţie a unor elemente

cum ar fi palele turbinelor eoliene sau grinzile de rezistenţă.

- prezentarea modelelor care permit determinarea caracteristicilor geometrice si de

rezistenta ale unor tipuri de elemente de constructii – pala pentru o turbina eoliana,

respectiv o grinda – fabricate din materiale compozite sau clasice.

- prezentarea metodelor analitice de calcul a amprentei de carbon, caracteristica unor

tipuri diferite de materiale compozite.

În lucrare, abordarea calculelor analitice s-a facut prin prezentarea ecuatiilor de baza

si a metodelor de solutionare a acestora.

Calculele amprentei de carbon funcţie de consumul de energie au fost realizate cu

ajutorul programului CES EduPack, elaborat de catre Universitatea Cambridge, Marea

Britanie.

Programul prezentat are o extindere mare datorită complexităţii şi paletei largi de

materiale analizate, care sunt împărţie patru categorii mari:

- materiale ceramice si sticlă

- matriale hibride: compozite, poliuretani, materiale naturale

- metale si aliaje

- polimeri: plastice, elastomeri.

Programul dispune de o interfaţă grafică prietenoasă, care asigură pre- şi post-

procesarea datelor.

Teza de doctorat conţine două studii de caz, care prezintă determinarea amprentei de

carbon pentru materiale de construcţie compozite şi traditionale. Cele doua studii de caz

prezentate abordează:


Capitolul 7. Concluzii 149

- Dimensionarea din punct de vedere structural a unei pale de turbina eoliana, realizata

din: lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla si fibra de carbon.

- Dimensionarea din punct de vedere structural a unei grinzi de rezistentă, realizată din:

lemn, aluminiu, oţel, fibră de carbon, fibră de sticlă şi beton.

- Determinarea amprentei de carbon pe fiecare tip de material, aferent celor doua tipuri

de elemente structurale.

Pentru determinarea impactului produs de utilizarea materialelor compozite şi

traditionale prezentate anterior s-a realizat o analiză multicriterială a materialelor, criteriile

fiind:

- Criterii tehnice: rezistenta, stabilitate, ductilitate a materialelor.

- Criterii economice.

- Criterii de mediu.

- Criterii sociale.

Aceasta analiza s-a finalizat prin întocmirea unei matrici de performanţă care a permis

identificarea materialului optim pentru tipul de structura analizat.

Materialelor analizate în matricea de performanţă li s-a realizat o inventariere a

formelor de impact asupra factorilor de mediu: apa, aer, sol, biodiversitate şi factorul uman în

etapele de fabricare şi punere în operă.

7.1. Elemente originale ale tezei

- Analiza detaliata a structurii materialelor compozite: fibra de sticlă şi fibra de carbon.

- Sinteza informaţiilor existente în literatura de specialitate privind tipurile de materiale

compozite şi proprietăţile fizico-mecanice ale acestora.

- Analiza detaliată a ciclului de viata al materialelor compozite si al celor traditionale.

- Efectuarea a două studii de caz care au permis evidentierea principalelor avantaje si

dezavantaje ale utilizării materialelor compozite şi tradiţionale atât din punct de

vedere constructiv cât şi din punct de vedere al impactului asupra mediului.

- Determinarea amprentei de carbon a unui set de materiale analizate, atât tradiţionale

cât şi compozite, cu ajutorul unui program performant, utilizat in mod curent pe plan

international. Estimarea amprentei de carbon din fiecare etapă a ciclului de viaţă al

materialelor, a dus la identificarea etapei de fabricare a lor ca fiind etapa care produce

cele mai multe gaze cu efect de seră.

- Realizarea unei analize multicriteriale între principalele materiale de construcţii

compozite şi tradiţionale pentru determinarea celui mai bun material care poate fi



utilizat în construcţii. Pe baza acestei analize s-a elaborat o matrice de impact,

multicriterială, care a permis identificarea celui mai performat material care poate fi

utilizat în construcţii.

- Inventarierea substanţelor chimice toxice care intervin în procesele de fabricaţie şi

punere în operă în cazul lemnului, aluminiului, otelului, fibrei de sticlă, fibrei de

carbon şi betonului.

- Evidentierea principalelor forme de impact ale utilizarii materialelor compozite in

constructii asupra factorilor de mediu: apă, aer, sol, biodiversitate şi factorul uman.

7.2. Direcţii de cercetare pentru viitor

Domeniul în care a fost elaborată lucrarea de doctorat este mai puţin cunoscut astfel

încât oferă multiple posibilităţi de cercetare ulterioare.

Direcţiile de cercetare pentru viitor legate de evaluarea impactului asupra mediului a

materialelor compozite pentru constructii se pot grupa astfel:

- Analiza efectelor pe termen lung asupra factorului uman a utilizarii materialelor

compozite in constructii.

- Analiza soluţiilor de reducere sau eliminare a impactului negativ asupra mediului in

perioada de fabricare a materiilor prime necesare materialelor compozite, în vederea

creşterii performanţelor acestora, inclusiv prin analiza tehnologiilor de producţie.

- Elaborarea unor tehnici şi metode alternative, economice de fabricare a materialelor

compozite.

- Întocmirea unei metodologii de valorificare/reutilizare şi eliminare a materialelor

compozite ce au fost utilizate în construcţii.


Bibliografie 151

BIBLIOGRAFIE

1. Abrate, S., Impact on Composite Structures , Cambridge University

Press, Cambridge, 1998.

2. Agence de l'Environnemente et de la Maitrise de l'Energie. Emissions

factor guide v6.1: Bilan Carbon; 2010.

3. Alămoreanu, E., Negruţ, C., Jiga, G., Calculul structurilor din

materiale compozite, U.P.B, 1993

4. Anglin, J. M., Aircraft Applications, Engineered Materials Handbook –

Composites, Vol. 1, 1989

5. Ashby, M. Shercliff, H. and Cebon, D. (2010) Materials: Engineering,

Science, Processing and Design, 2nd edition, Butterworth-Heinemann,

Oxford, UK. ISBN-13: 978-1-85617-895-2, North American Edition:

ISBN-13: 978-1-85617-743-6

6. Ashby, M.F. (2009) Materials and the Environment: Eco-informed

Material Choice, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. ISBN 978-1-

85617-608-8

7. Ashby, M.F. and Jones, D.R.H. (2005) Engineering Materials 1: An

Introduction to Properties, Applications and Design, 3rd edition,

Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. ISBN 0-7506-6380-4

8. Ashby, M.F. and Jones, D.R.H. (2006) Engineering Materials 2: An

Introduction to Microstructures, Processing and Design, 3rd edition,

Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. ISBN 0-7506-6381-2

9. Askeland, D.R. and Phulé, P.P. (2006) The Science and Engineering of

Materials, 5th edition, Thomson, Toronto, Canada. ISBN 0-534-55396-

6

10. Association scientifique et technique pour l'eau et l'environnment.

Guide methodologique d'evaluation des emissionions de Gaz a Effet de



Serre de services de l'eau et de l'assainissement. Paris: Association

scientifique et technique pour l'eau et l'environnment; 2009.

11. Bahnariu, B. Sisteme de consolidare a construcţiilor cu materiale

compozite (2010) teză de doctorat.

12. Baptiste, D. Mechanics and mechanisms of damage in composites and

multi-materials Mechanical Engineering Publications Limited London,

1991,

13. Barbero, E.J. Introduction to composite materials design. Taylor &

Francis, Ann Arbor, MI, 1998.

14. BARRET, S. , Economic Development and Environmental Policy

FAO,1996

15. BART, O., The effects of air pollution on work loss and morbidity ,

Journal of Environmental Economics and Management, nr.10, 1983

16. BAUMOL, W., OATES, W. E., The Theory of Environmental Policy ,

Prentice Hall, 1975

17. Beeley P. Foundry Technology. 2nd ed.: Reed Educational and

Professional; 2001.

18. Bica, I. – Groundwater and seepage – Lecture notes, Editura Matrix

Rom, Bucureşti, 2000.

19. Bica, I. – Poluarea stratelor acvifere – Tehnici de remediere, Editura

H.G.A., Bucureşti, 1998.

20. Bica, I., Dimache, Al., Iancu, I. – Concerning the Remediation

Potential of Contaminated Soils and Aquifers, Simpozionul Mediu și

Industria, Bucureşti, 2007.

21. Bica, I., Dimache, Al., Iancu, I. – Evaluarea riscului de mediu pentru

batalurile de gudroane acide si haldele de slam de alumina aparţinând

S.C. ROMPETROL S.A. BUCUREŞTI - Punct de lucru Rafinăria

Vega Ploieşti, Contract U.T.C.B., 2006.

22. Bica, I., Dimache, Al., Iancu, I., Vraciu, S., Constantinoiu, C.,

Ştefănescu, M., Voicu, A., Dumitrescu, C. – Reactive bariers used in

the protection of aquatic echosystem, Sibiu, 2007.

23. Bica, I., Petrescu, V., Iancu, I. – Reconstrucţia ecologică a acviferelor

cu nivel liber, A patra conferinţă a hidroenergeticienilor din România,

Dorin Pavel, Bucureşti, 2006.

24. Biekart J.W., Nigten A., Stopplenburg D., Duurzame Chemie, 1997.

25. BRAN, F., Raportul resurse-mediu înconjurător Bucureşti, Tribuna

economică, nr. 1, 1998


Bibliografie 153

26. BRAN, F., Relaţia economie-mediu la începutul mediului al III-lea,

Bucureşti, Editura ASE, 2002

27. Brebbia, C., A., Nurick, G. N., (editors), 2003, Advances in Dynamics

and Impact Mechanics, WITPress, Southampton, Boston,

28. Brenda Wilmoth Lerner , K. Lee Lerner. Climate Change: In Context.

1st ed. Edgar KJ, editor. New York: Gale Cengage Learning; 2008.

29. Brenda Wilmoth Lerner , K. Lee Lerner. Climate Change: In Context.

1st ed. Edgar KJ, editor. New York: Gale Cengage Learning; 2008.

30. Briaan Dawson , Matt Spannagle. The Complete Guide To Climate

Change New York: Routledge; 2009.

31. BROWN, R. L., World Economy Expands în World Watch

Institute,Vital Signs, W. W. Horton & Company, 2001

32. Budinski, K.G. and Budinski, M.K. (2009) Engineering Materials:

Properties and Selection, 9th edition, Prentice Hall, Upper Saddle

River, New Jersey, USA. ISBN-10: 0137128428, ISBN-13:

9780137128426

33. Bueren Ev, Bohemen Hv, Itard L, Visscher H, editors. Sustainable

Urban Environments. 1st ed. Delft: Springer; 2012.

34. Burroughs WJ. Climate change a multidisciplinary Approach. 2nd ed.

New York: Cambridge University Press; 2007.

35. Buzdugan, Gh., Rezistenţa materialelor, Editura Academiei, Bucureşti,

1987

36. CAIMCROSS, F. Guide to Business and the the Environment ,

IslandPress, Washington DC, 1995

37. Callister, W.D. (2010) Materials Science and Engineering: An

Introduction, 8th edition, John Wiley & Sons, New York, USA. ISBN

978-0-470-41997-7

38. Callister, W.D. and Rethwisch, D.G. (2007) Fundamentals of Materials

Science and Engineering: An Integrated Approach, 3rd edition, John

Wiley & Sons, New York, USA. ISBN-13: 978-0470125373

39. Chou, Tsu-Wei, Ko, F.K. Textile structural composites. Composites

materials series, 3. Elsevier Amsterdam 1989.

40. Ciobanu I. Curs Tehnologia Turnării Brasov.

41. Constantinescu, I.N., Picu, C., Hadăr, A., Gheorghiu, H., Rezistenţa

materialelor pentru ingineria mecanică, Editura BREN, Bucureşti,

2006

42. Conventia cadru a Natiunilor Unite asupra schimbărilor climatice. In.



43. Cristescu, N., Mecanica materialelor compozite, Vol.1, Universitatea

Bucureşti, 1983

44. Divya Pandey , Madhoolika Agrawal , Jai Shanker Pandey. Carbon

footprint: current methods of estimation. Environmental Monitoring

and Assessment. 2010 August; 178: p. 135-160.

45. EN 877:1999- Cast iron pipe and fittings,their joint and accessories for

the evacuation of water from buildings.

46. Faserverbundwerkstoff im Vergleich zu Stahl, VDI-Z ,Vol. 125, pp.

123-131, 1983.

47. Fleckenstein, H., Wirtschaftlichkeitsbetrachtung fuer ein

Standardprodukt aus

48. Fritz H.G., Seidenstücker T., Bölz U., Juza M., Production of Thermo-

Bioplastics and Fibres based mainly on Biological Materials, European

Commision report EUR 16102 EN, 1994.

49. Fuglestvedt , I.S.A. Isaksen , W.C. Wang. Direct and indirect global

warming potentials of source gases. , Norwegian State Pollution

Control Authority; 1994.

50. G.A. Meehl, T.F. Stocker, W.D. Collins, P. Friedlingstein, A.T. Gaye,

J.M. Gregory,A. Kitoh, R. Knutti, J.M. Murphy, A. Noda, S.C.B.

Raper, I.G. Watterson, A.J. Weaver,Z.-C. Zhao, in: S. Solomon, D.

Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt. Climate Change

2007: The Physical Science Basis. UK and New York:

Intergovernmental Panel on Climate Change; 2007.

51. Gasser, A., Boisse, P., Hanker, S. Mechanical behaviour of dry fabric

reinforcements. 3D simulations versus biaxial tests. Journal COMMAT

797, 1999.

52. Gay, D., Matériaux composites, Editions Hermes, Paris, 1991

53. Geier, M., Duedal, D., Guide practique des materiaux composites,

Technique et Documentation Lavoisier, Paris, 1985

54. Gheorghiu, H., Hadăr, A., Constantin, N., Analiza structurilor din

materiale izotrope şi anizotrope, Editura Printech, Bucureşti, 1998

55. Goedkoop M.J., Ecodesign experience with Hylite, Pré Consultants;

Amersfoort, 1995.

56. Goedkoop M.J., Manual Simapro 3,Pré Consultants; Amersfoort, 1995.

57. Goedkoop M.J.,The Eco-indicator 95,NOH report 9523; Pré

Consultants; Amersfoort (NL), 1996.


Bibliografie 155

58. Hadăr, A., Probleme locale la materiale compozite, Teză de doctorat,

U.P.B., 1997

59. Hadăr, A., Structuri din compozite stratificate, Editura Academiei şi

Editura AGIR, Bucureşti, 2002

60. Haije W.G., Evaluatie van de mogelijkheden voor recycling van

windturbinebladen, Petten, ECN-Energie Engineering 6206-GR1, juni

1994.

61. Hannah LJ. Climate Change Biology. 1st ed. Press A, editor.: Elsevier;

2011.

62. Haperen J. van, Haije W.G., Milieubewuste materiaalkeuze: mono-

versus niet monomaterialen, januari 1997, ECN-I-97-001.

63. Heijungs R. et al., Achtergronden Milieugerichte

Levenscyclusanalyses van produkten,Leiden, Centrum voor

milieukunde, NOH rapport 9253, 1992.

64. III IWG. IPCC Special Report Emissions Scenarios. Intergovernmental

Panel On Climate Change; 200.

65. Ilinoiu OG. Construction Engineering. 1st ed. Tămâian V, editor.

Bucharest: Conspress; 2003.

66. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2006 IPCC Guidelines

for National Greenhouse Gas Inventories.

67. J.T.Kiehl , Kevin E. Trenberth. Earth's annual global mean energy

budget. Bulletin of the American Meteorological Society. 1997

Februarie; 78(2).

68. Jones, R. M., Mechanics of Composite Materials, Scripta Book,

Washington D. C., 1975

69. Jose Maria Baldasano Recio , Pedro Jimenez Guerrero , Maria

Goncalves Ageitos, Rene Parra Narvaez. Estimate of energy

consumption and CO2 emission associated with the production,use and

final disposal of PVC,HDPE,PP,ductile iron and concrete pipes.

Barcelona: Environmental Modelling Laboratory; 2004.

70. Kim, J., K., Yu, T., X., (editors), Impact Response and Dynamic

Failure of Composite and Laminate Materials, Part 1: Impact Damage

and Ballistic Impact, Trans Tech Publications,Switzerland, 1998,

71. Kim, J., K., Yu, T., X.., Impact Response and Dynamic Failure of

Composite and Laminate Materials, Part 2: Strain-Rate Effect, Energy

Absorption and Modeling, Trans Tech Publications, Switzerland, 1998.

72. Kok I.C., Milieugerichte levencyclusanalyses van windturbines,

februari 1996, ECN-C-95- 050.



73. Koncsag Claudia, Materiale compozite in domeniul dezvoltarii

durabile, Universitatea Ovidius Constanta 2010

74. Kortekaas, S., Augustijn, M. and Nigten, A. ‘Preliminary investigation

of flax, LMO, Utrecht, 1991.

75. Lee S.M., Jonas T., Disalvo G., The beneficial energy and

environmental impact of composite materials- an unexpected bonus,

SAMPE Journal, vol. 27, No. 2, 1991.

76. Letcher TM, editor. Climate Change Observed Impact On Planet Earth.

I ed. Amsterdam: Elsevier; 2009.

77. Lupescu Mihai Bogdan : Fibre de armare pentru materiale compozite

, Editura: TEHNICA ( 2004 ), ISBN: 973-31-2212-2, Oraş: Bucuresti

78. Malmeister, A. K., Tamuj, V. P., Teters, G. A., Soprotivlenie

polimernîh i compozitnîh materialov, Zinatne Riga, 1980

79. Marissen R., Some Environmental Aspects of the application of FRPs

in Structures, Delft University of Technology, 1993, Delft.

80. National Environmental Protection Agency. Romania's Greenhouse

Gas Inventory Bucharest: National Environmental Protection Agency;

2010.

81. Nations U. Kyoto Protocol To The United Nations Framework

Convetion On Climate Change. ; 1998.

82. NE-012-1:2007 Cod de practică pentru executarea lucrărilor din beton,

beton armat și beton precomprimat; 2007.

83. Nicolae O. – Analiza multicriterială a impactului materialelor

compozite, Referat de doctorat, UTCB, Bucuresti 2012

84. Nicolae O. - Ciclul de viata al materialelor compozite, Referat de

doctorat, UTCB, Bucuresti 2012

85. Nicolae O. - Studiu comparativ între materialele compozite și

materialele tradiționale utilizate în construcții, Referat de doctorat,

UTCB, Bucuresti 2012

86. Nicolae O. Analiza multicriterială a impactului asupra mediului ăn

cazul utilizării materialelor tradiţionale şi compozite. Buletin stiinţific

2013

87. Nicolae O., Dimache A., Iancu I., Bica I., Enivironmental impact

comparative analysis between composite and traditional materials –

YRSB 13 Praga 2013.

88. Oegema T., Postma G., Rapportage Biodiesel, Milieuanalyse,

Economie van de bedrijfstak, IMSA, 1994.


Bibliografie 157

89. Olabisi, O., L.M. Robertson, M.T. Shaw, Polymer-Polymer

Miscibility, Academic Press, New York, 1979. Olaru, D. (1988).

,,Comportarea şi proiectarea stâlpilor scurţi de beton armat din cadrul

structurilor antiseismice,” Revista “Construcţii”, nr.3.

90. Olsson, R. (1992) ,,Impact response of orthotropic composite plates

predicted from a one-parameter differential equation”, AIAA Journal,

Vol.30.

91. Oneţ, T. (1994). ,,Durabilitatea betonului armat,” Ed. Tehnică

Bucureşti.

92. Oneţ, T., Tertea I. (1995). “Proiectarea betonului structural,” Ed. Casa

Cărţii de Ştiinţă.

93. Oprişan, G., Ţăranu, N., Isopescu, D., Saftiuc, C. (2000).

,,Consolidarea stâlpilor din beton armat folosind materiale compozite

cu matrice polimerice,” Conferinţa Tehnico-Ştiinţifică Jubiliară,

Tehnologii moderne în construcţii.

94. Oprişan, G.,Ţăranu, N., Saftiuc, C. (2001). ,,Solutions for

strenghtening the reinforced concrete columns with fiber reinforced

polymeric composites.” În Bul. I. P. Iaşi.

95. Ortega, R.,Price, J., M., Fox, D. (2000). ,,Degradation Factor Approach

for Impacted Composite Structural Assessment, NASA/TM—2000–

210014

96. Pavel, R., Contribuţii privind implementarea materialelor compozite în

construcţia de maşini, Teză de doctorat, Bucureşti, 1999

97. Philander SG. Encyclopedia of Global Warming and Climate Change

London: Sage Publications; 2008.

98. Philander SG. Encyclopedia of Global Warming and Climate Change

London: Sage Publications; 2008.

99. Plastic Europe-Association of Plastic Manufacutres. Environmental

Product Declaration of the European Plastics Manufacturers-High

Density Polythylene; 2008.

100. Plastic pipe institute. Handbook of polyethylene pipe. 2nd ed.; 2009.

101. Potting, J., Blok, K., Life-cycle assessment of four types of floor

covering, J.Cleaner Prod., Vol. 3, No. 4, pp.201-213, 1995.

102. Programme UND. Human Development Report 2007/2008 Fighting

climate change. New York: United Nation Development Programme;

2007.

103. Reddy, J. N., Mechanics of Composites Structures, Mc Graw Hill,

New York, 1980



104. Remmerswaal, Idemat 1996, TU-Delft.

105. Secu, Al. (1997). ,,Structures en Materiaux Composites”, Ed.

Document, Iaşi.

106. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1996). ,,Particularisations de la

theorie Tsai-Hill pour les materiaux composites mats/resine et

tissus/resine.” Buletinul I. P. Iaşi.

107. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1996). ,,Proiectarea elementelor de

construcţii alcătuite din lamele compozite cu matrice polimerică şi

armături din fibre -Studii de caz şi principii de proiectare.” Contract

U.T. Iaşi -M.C.T. Bucureşti, nr.696 / A1.

108. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1997). ,,Determinarea pe cale

analitică a constantelor elastice pentru compozite armate cu ţesături.”

Materiale de construcţii nr.1.

109. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1997). ,,Metodologie modernă

pentru determinarea caracteristicilor necesare proiectării materialelor

compozite cu matrice polimerică.” Materiale de construcţii nr.3.

110. Secu, Al., Roşca, V., Ţăranu, N., Isopescu, D., Boazu, R., Groll, L.

(1998). ,,Optimizarea elementelor şi structurilor din materiale

compozite armate cu fibre.

111. Shackelford, J.F. (2009) Introduction to Materials Science for

Engineers, 7th edition, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ,

USA. ISBN 0-13-601260-4

112. Silver J. Global Warming and Climate Change Demystified. 1st ed.:

The McGraw-Hill Companies; 2008.

113. Silver J. Global Warming and Climate Change Demystified. 1st ed.:

The McGraw-Hill Companies; 2008.

114. STAS 816-1980-Tuburi și piese de canalizare din beton simplu; 1980.

115. Strategia Naţionala a României privind Schimbările Climatice

Bucureşti: Ministerul Mediului şi Gospodăriri Apei; 2005.

116. Teleabă V., Tehnologie ecologică pentru obţinerea de materiale

compozite avansate pentru aviatie, Bucuresti

117. Tempelman E., Design for Sustainability: the Advent of Hybrid

Materials, Delft University of Technology, 1994, Delft.

118. Tsai, S. W., Hahn, H. T., Introduction to Composite Materials,

Westport, 1980

119. Ţăranu, N., Decher D., Secu Al., Isopescu, D., Entuc, I., (2001)

,,Modern building elements made of glass-reinforced polyesters.”


Bibliografie 159

Proceedings of the International Conference on Composites in

Materials and Structural Engineering “CMSE/1”. Prague.

120. Ţăranu, N., Secu Al., Decher, E., Isopescu, D., Structuri din materiale

compozite şi asociate, Ed. Universităţii Tehnice « Gh. Asachi », Iaşi,

1992.

121. Ţăranu, N., Secu, Al., Decher, E., Isopescu, D. (1992). ,,Structuri din

materiale compozite şi asociate,” Ed. U. T. Iaşi.

122. Ushakov, A., Stewart, A., Mishulin, I., Pankov, A., Probabilistic

Design of Damage Tolerant Composite Aircraft Structures,

DOT/FAA/AR-01/55, 2002.

123. Wei, J., Zhao, J. H., Three-Dimensional Finite Element Analysis on

Interlaminar Stresses of Symmetric Laminates, Computers and

Structures, Vol. 41, nr. 4, 1991

124. Worrel, E, Heijningen, R.J.J, Castro de, J.F.M., Hazewinkel, J.H.O.,

Beer, de J.G., Faaij, A.P.C., Vringer, K., New gross energy-

requiremenents figures for material production,

125. Zgură Gh., V.Moga, (1999), Bazele proiectării materialelor compozite,

Ed. Bren, Bucureşti, 1999, ISBN 973-9493-01-7.

Documents

IMPACTUL MATERIALELOR COMPOZITE