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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA L'uso del biogas nella vita quotidiana. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Per molti, la prima domanda che si pone è come far corrispondere le esigenze esistenti con le dimensioni dell'impianto. Tanti scrivono: la dimensione della casa, diciamo, 5x6 m (o il volume, ad esempio, 150 m3), la famiglia è di 4 persone, è necessario riscaldare e fornire una cucina; Quale dimensione di installazione è richiesta? L'esperienza dimostra che, in media, riscaldare una casa con una superficie di 40-50 m2 e una stufa a quattro fuochi richiede 3,0-3,5 m3 di biogas all'ora. Quando si equipaggia un sistema di riscaldamento locale, è possibile utilizzare lo scaldabagno a gas per riscaldamento automatico ampiamente utilizzato AOGV-11, 3-3-U. Un fattore importante che determina l'intensità della formazione di gas è la temperatura del processo. Non va dimenticato che l'articolo “Biogas: sia riscalda che cuoce” descrive un'esperienza legata ad un paese dal clima piuttosto mite. Apparentemente, per condizioni climatiche più rigide, il riscaldamento è più necessario, forse anche in un processo costante. E se è previsto il riscaldamento, allora sembra opportuno utilizzarlo come un efficace fattore di regolazione, grazie al quale è possibile aumentare più volte la produzione di gas. (Parleremo di un altro fattore di controllo - la miscelazione - di seguito.) Ora, tenendo conto dell'influenza congiunta di questi fattori sulla capacità dell'impianto, possiamo dare alcune raccomandazioni. Quando si sceglie la dimensione del fermentatore, è possibile concentrarsi sulle opzioni fornite nell'ultima pubblicazione; tenendo conto di un clima più rigido, vale la pena aggiungere un elemento riscaldante all'impianto, ad esempio sotto forma di serpentine. L'operazione di prova rivelerà immediatamente l'effetto del riscaldamento sulle prestazioni del dispositivo. Per sistematizzare il lavoro di rifinitura, si consiglia di avere un taccuino (che non fa affidamento sulla memoria) e annotare tutte le modifiche, sia introdotte che ricevute. La pratica dimostra che ogni 10° di riscaldamento aggiuntivo della biomassa raddoppia la resa di gas da 1 m3 del fermentatore. Ecco alcuni dati per chi progetterà l'impianto. Da 1 tonnellata di materie prime si ottengono 80-100 m2 di gas. Il suo potere calorifico è di circa 5500-6000 kcal/m3. Per fare un confronto: il gas domestico non è molto più calorico - solo 7000 kcal / m3. Ora sulla biologia del processo. I batteri produttori di metano sono presenti nella materia prima stessa. Le loro colture si sviluppano nel fermentatore per un massimo di tre settimane, fino a quando la massa inizia a rilasciare gas. Quando si utilizza una "pasta madre" già pronta da una porzione precedente da un fermentatore già in funzione, il tempo di inizio della produzione di gas si riduce a circa una settimana. I batteri produttori di metano sono divisi in tre gruppi. Quelli psicrofili funzionano efficacemente nell'intervallo +5...+20°. Con un ulteriore aumento della temperatura si sviluppano batteri mesofili, il loro raggio d'azione è +30...+42°. E a temperature ancora più elevate si manifesta l'azione di batteri già termofili, che lavorano in un intervallo molto ristretto: +54 ... + 56 °. Un gran numero di domande riguardano la progettazione dell'impianto, prima di tutto, alla creazione della possibilità di rifornimento periodico di materie prime e miscelazione di biomassa senza depressurizzazione della campana. Innanzitutto va detto che la produzione continua di gas può essere ottenuta duplicando gli impianti. Con due fermentatori, riempiendoli a turno, è possibile fare a meno di complicare il design. Pertanto, il futuro creatore di un impianto di biogas dovrebbe confrontare, in relazione alle sue capacità, tre schemi: il più semplice con rifornimento periodico; protozoi accoppiati, con rifornimento alternato; con uno speciale dispositivo che fornisce una fornitura continua di gas. Quando si sceglie il terzo schema, è necessario tenere presente che il funzionamento del fermentatore richiede non solo il rifornimento di materie prime, ma anche la rimozione dei rifiuti. In quest'ultimo schema, il rifornimento di materie prime e lo smaltimento dei rifiuti non sono equivalenti in termini di frequenza. Pertanto, lo smaltimento dei rifiuti può essere combinato con un arresto del processo per la pulizia e la revisione del sistema. Per quanto riguarda il rifornimento, viene effettuato più spesso ed è più semplice: 1/10 del volume viene prelevato quotidianamente dal fondo e la stessa quantità di materie prime biologiche fresche viene aggiunta dall'alto. Uno dei possibili modi per rabboccare il fermentatore senza perdere gas si basa sul cosiddetto principio dei vasi comunicanti. Per fare ciò, accanto al pozzo del fermentatore è disposto un piccolo serbatoio di riempimento, collegato ad esso tramite una tubazione posta al di sotto del livello del liquido (Fig. 1). La tubazione è costituita da un pezzo di fogna in ceramica o tubo di cemento-amianto, che è incorporato nelle pareti dei contenitori. Un tale sistema è esso stesso una tenuta a gas liquido. È possibile aumentare l'efficienza della fornitura di concentrato utilizzando un imbuto-bunker a inserto (Fig. 1a). È possibile spingere lo spessore attraverso la tubazione con il pistone a rete più semplice. Allo stesso tempo, viene utilizzato anche come ammortizzatore che impedisce l'automiscelazione della biomassa tra i due contenitori.
Molte domande sono sollevate dalla necessità di una miscelazione periodica della biomassa. Come eseguire questa operazione senza depressurizzazione? Non tutti conoscono la possibilità della sua auto-miscelazione. Ricordiamo l'effetto della convezione: si può osservare in una stanza quando un po' di lanugine si trova sopra il termosifone, sale verso l'alto, affonda contro la parete opposta e viene nuovamente portata via dal flusso d'aria verso il termosifone. Questo effetto di circolazione termica del mezzo può essere facilmente ottenuto anche nel fermentatore se nella sua parte inferiore vengono posti dei tubi di riscaldamento (serpentino), spostandoli su un bordo; la convezione fornirà l'auto-miscelazione. Nel processo di formazione del gas avviato, a questo si aggiungerà l'effetto della risalita delle bolle di gas nella zona posta al di sopra del riscaldatore. Non è difficile realizzare un agitatore meccanico di biomassa. È particolarmente appropriato nelle zone con clima mite, dove non è necessario utilizzare il riscaldamento. Come dimostra la pratica, è meglio prevederlo in anticipo. Dopotutto, se il sistema stesso inizia a riscaldarsi, allora perché, ci si chiede, sprecare energia per la miscelazione. Inoltre, non è affatto necessario mescolare continuamente la massa. Puoi farlo periodicamente, ad esempio al mattino e alla sera. Vale anche la pena trasformare questa operazione in un'ulteriore regolazione. Per fare ciò è sufficiente seguire la posizione della campana: non appena scende al livello inferiore (piccola fornitura di gas), è necessario miscelare la biomassa - e il rilascio di gas aumenterà immediatamente. Il miscelatore più semplice è facile da fabbricare sotto forma di una girante azionata da collegamenti flessibili attraverso la stessa tubazione del sifone (Fig. 3). Non è necessaria una rotazione continua in una direzione. Se l'agitatore è a pale radiali, sono sufficienti movimenti oscillatori. Puoi limitarti a una lama (Fig. 2). In generale, c'è spazio per le tue decisioni. È preferibile utilizzare materiali non imputrescibili come bacchette, ad esempio un filo elettrico isolato o un cavo di nylon (cloruro), venduto nei negozi di ferramenta come biancheria intima.
C'è anche il problema della stabilità della campana. I lettori che hanno studiato attentamente il materiale "Biogas: sia riscalda che cuoce" hanno già notato che se gli schemi mostrati nella figura 1 vengono eseguiti senza modificare la struttura, allora la campana potrebbe perdere l'equilibrio non appena si solleva: o capovolgersi o incepparsi. Nella figura 3 della stessa pubblicazione, non è un caso che sia previsto un tubo guida per la campana, ma una tale installazione è più difficile da realizzare a casa. Nella figura, mostriamo lo schema di bilanciamento della campana con due ceppi (Fig. 4a) e un contrappeso e la variante "a gru" (Fig. 4b). L'errore derivante dal movimento verticale non stretto del punto di sospensione della campana sulla "gru" (lungo l'arco di cerchio) è trascurabile a causa del notevole eccesso del braccio di leva rispetto alla corsa del bilanciere.
Tale sistema di bilanciamento a campana è anche vantaggioso in quanto può essere utilizzato come dispositivo di sollevamento durante l'ispezione e la pulizia del fermentatore. Detto questo, non è difficile integrare il progetto con alcuni elementi ausiliari: è meglio posizionare i blocchi su un secondo braccio (dopotutto, è severamente vietato sollevare la campana per lavorare sotto di essa - "Non stare sotto il carico!"). Vale la pena realizzare una rotazione e supportare il bilanciere "gru", e il contrappeso è tipografico, come sulle bilance da magazzino. Ma se non c'è gelo nella tua zona, fornisci un contrappeso sotto forma di un contenitore pieno d'acqua. Ma la difficoltà più seria che ostacola un fai-da-te è la fabbricazione di una campana. Il ferro zincato per coperture consente di dargli la forma desiderata con mezzi semplici, inoltre, non sarà pesante. Ma la fragilità di un tale materiale con una rapida corrosione in un ambiente aggressivo ci costringe a cercare altre opzioni. Pertanto, ti consigliamo vivamente di dare un'occhiata più da vicino ai rottami metallici disponibili. I vecchi contenitori, ad esempio, di prodotti petroliferi, una volta tagliati, possono essere un semilavorato molto adatto, sia nella forma (solitamente con fondi sferici saldati) che nello spessore del materiale in lamiera: da 2 a 5 mm. Apparentemente, le dimensioni correnti della campana saranno Ø 2-3 me la stessa altezza. Se la "botte" risulta essere più piccola, vale la pena considerare se realizzare una campana grande o prenderne due più piccole (ad esempio Ø 1,5 m), tornando allo stesso tempo all'opzione delle semplici installazioni accoppiate. Alcuni lettori hanno una domanda sulla determinazione della pressione di un gas. A quanto pare, non hanno prestato attenzione all'ovvio: non appena la campana galleggia, la forza di pressione del gas ha raggiunto il valore della massa della campana. Spieghiamo questo con un esempio. Con un diametro della gonna a campana di 2 m, la sua area della sezione trasversale sarà S=πR2=3,14*1=3,14 m2=31 cm400. Con uno spessore della parete della campana di 2 mm e un'altezza di 5 m, il suo peso sarà di circa 2 kg. Supponiamo che il peso effettivo della campana sia di 500 kg. Quindi la campana galleggerà a una pressione del gas di 470 atm. (Nel sistema SI, massa M = 0,15 kg, forza peso G = 470 N, pressione del gas p = 4700/4700 = 31 N/cm400 = 0,15 atm). Man mano che la campana si alza, la pressione difficilmente cambierà, il suo aumento avverrà solo per lo spostamento di un volume di liquido pari alla parte delle pareti della campana che è affiorata. Notando la bassa pressione del gas, vediamo che essa (se necessario) può essere aumentata in modo semplice: installate un peso aggiuntivo sulla campana, posizionandolo più in basso, per un migliore bilanciamento della campana. Alcuni esempi interessanti per il confronto. La pressione del gas nella rete cittadina è compresa tra 200 e 300 mm d'acqua. Art., e consentito - fino a 600 mm di acqua. Arte. Nel nostro sistema, anche questa pressione dovrebbe essere limitante. Naturalmente, sorge la domanda: una fattoria personale è in grado di fornire materie prime biologiche in quantità sufficienti? Ovviamente no. Le nostre raccomandazioni si applicano principalmente agli allevamenti cooperativi, che si sviluppano ogni giorno di più. Inoltre, riserve, e considerevoli, risiedono nelle fattorie collettive e statali: a volte vicino agli allevamenti si accumula una quantità significativa di letame, che non viene in alcun modo utilizzata. I residenti locali potrebbero smaltirlo e poi portarlo nei campi. Dopotutto, la materia prima di scarto del fermentatore praticamente non perde il suo valore come fertilizzante. C'è un doppio vantaggio economico. In conclusione, facciamo nuovamente appello ai lettori con la richiesta di condividere la loro esperienza nella progettazione e nel funzionamento degli impianti di biogas. Autore: P.Zak
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