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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA O uso do biogás no dia a dia. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Para muitos, a primeira questão que se coloca é como coordenar as necessidades existentes com o tamanho da instalação. É o que muitos escrevem: o tamanho da casa, digamos, 5x6 m (ou o volume, por exemplo, 150 m3), família - 4 pessoas, é necessário aquecer e providenciar uma cozinha; qual tamanho de instalação é necessário? A experiência disponível mostra que, em média, o aquecimento de uma casa com área de 40-50 m2 e fogão de quatro bocas requer 3,0-3,5 m3 de biogás por hora. Ao equipar um sistema de aquecimento local, você pode usar o aquecedor automático de água a gás amplamente utilizado AOGV-11, 3-3-U. Um fator importante que determina a intensidade da formação de gás é a temperatura do processo. Não devemos esquecer que o artigo “Biogás: tanto aquece como cozinha” descreve experiências relacionadas com um país com um clima bastante ameno. Aparentemente, para condições climáticas mais severas, o aquecimento é mais necessário, talvez até num processo de estado estacionário. E se for fornecido aquecimento, parece aconselhável utilizá-lo como um fator regulador eficaz, devido ao qual a formação de gases pode ser aumentada várias vezes. (Falaremos sobre outro fator de controle – mixagem – mais tarde.) Agora, tendo em conta a influência combinada destes factores na potência da instalação, podemos dar algumas recomendações. Na hora de escolher o tamanho do fermentador, você pode focar nas opções fornecidas na publicação anterior; Tendo em conta um clima mais severo, vale a pena adicionar um elemento de aquecimento à instalação, por exemplo, em forma de serpentinas. A operação experimental revelará imediatamente o efeito do aquecimento no desempenho do dispositivo. Para sistematizar o trabalho de acabamento, é recomendável manter um caderno (sem depender de memória) e anotar todas as alterações - inseridas e recebidas. A prática mostra que cada 10° de aquecimento adicional da biomassa duplica a produção de gás de 1 m3 de fermentador. Aqui estão algumas informações para quem está pensando em projetar uma instalação. A partir de 1 tonelada de matéria-prima obtêm-se 80-100 m2 de gás. Seu valor calórico é de aproximadamente 5500-6000 kcal/m3. Para efeito de comparação: o gás doméstico não tem muito mais calorias - apenas 7000 kcal/m3. Agora sobre a biologia do processo. Bactérias produtoras de metano estão presentes nas próprias matérias-primas. Suas culturas se desenvolvem em fermentador por até três semanas, até que a massa comece a liberar gases. Ao utilizar um “starter de massa fermentada” pronto de uma porção anterior de um fermentador já em funcionamento, o período para início da produção de gás é reduzido para cerca de uma semana. As bactérias produtoras de metano são divididas em três grupos. Os psicrofílicos funcionam efetivamente na faixa de +5...+20°. Com um aumento adicional na temperatura, as bactérias mesófilas se desenvolvem, sua faixa de trabalho é de +30...+42°. E a uma temperatura ainda mais elevada manifesta-se o efeito das bactérias termofílicas, que atuam numa faixa muito estreita: +54...+56°. Um grande número de questões estão relacionadas com a concepção da instalação, principalmente com a criação da possibilidade de reabastecimento periódico de matérias-primas e mistura de biomassa sem despressurizar o sino. Em primeiro lugar, há que dizer que a produção contínua de gás pode ser conseguida através da duplicação de instalações. Com dois fermentadores, ao reabastecê-los alternadamente, é possível evitar complicações no projeto. Portanto, o futuro criador de uma planta de produção de biogás deverá comparar, em relação às suas capacidades, três esquemas: o mais simples com reabastecimento periódico; protozoários pareados, com recargas alternadas; com um dispositivo especial que garante um fornecimento contínuo de gás. Ao escolher o terceiro esquema, deve-se ter em mente que o funcionamento do fermentador requer não apenas o reabastecimento com matéria-prima, mas também a retirada de resíduos. Neste último esquema, a reposição de matérias-primas e a remoção de resíduos não têm a mesma frequência. Assim, a remoção de resíduos pode ser combinada com a interrupção do processo de limpeza e inspeção do sistema. Quanto ao reabastecimento, é feito com mais frequência e é mais simples: todos os dias é retirado 1/10 do volume de baixo e adicionada a mesma quantidade de bio-matérias-primas frescas por cima. Uma das formas possíveis de reabastecer o fermentador sem perder gás baseia-se no chamado princípio dos vasos comunicantes. Para isso, próximo ao poço do fermentador, é instalado um pequeno recipiente de enchimento, conectado a ele por uma tubulação localizada abaixo do nível do líquido (Fig. 1). A tubulação é feita a partir de um pedaço de esgoto cerâmico ou tubo de cimento-amianto, que fica embutido nas paredes dos contêineres. Esse sistema em si é um selo de gás líquido. Você pode aumentar a eficiência do fornecimento de concentrado usando um funil inserido (Fig. 1a). Você pode empurrar o terreno através da tubulação com um pistão de malha simples. Ao mesmo tempo, é utilizado como amortecedor que evita a automistura da biomassa entre os dois recipientes.
A necessidade de mistura periódica de biomassa levanta muitas questões. Como realizar esta operação sem despressurização? Nem todo mundo sabe da possibilidade de automistura. Lembremos o efeito da convecção: pode ser observado em uma sala quando alguma penugem aparece acima do radiador de aquecimento, flutua, cai na parede oposta e é novamente levada pelo fluxo de ar para o radiador. Este efeito de circulação térmica do meio não é difícil de obter no fermentador se colocar tubos de aquecimento (serpentina) na sua parte inferior, deslocando-os para uma das bordas; a convecção fornecerá auto-mistura. Quando o processo de formação de gás começa, este será complementado pelo efeito do aumento das bolhas de gás na área acima do aquecedor. Também é fácil fazer um misturador mecânico de biomassa. É especialmente adequado em zonas de clima ameno, onde não há necessidade de utilização de aquecimento. Como mostra a prática, é melhor prever isso com antecedência. Afinal, se o próprio sistema começa a esquentar, então por que, pode-se perguntar, desperdiçar energia na mistura? Além disso, não é necessário mexer a massa continuamente. Você pode fazer isso periodicamente, por exemplo, de manhã e à noite. Vale até a pena transformar essa operação em uma operação adicional de ajuste. Para isso, basta monitorar a posição do sino: assim que ele cair para o nível inferior (pequena reserva de gás), é necessário misturar a biomassa - e a liberação de gás aumentará imediatamente. O misturador mais simples pode ser facilmente fabricado na forma de um impulsor acionado por conexões flexíveis através da mesma tubulação de sifão (Fig. 3). Não há necessidade de rotação contínua em uma direção. Se o misturador possuir lâminas radiais, um movimento oscilante é suficiente. Você pode limitar-se a uma lâmina (Fig. 2). Em geral, há espaço para suas próprias decisões. Como hastes, é melhor usar materiais que não apodrecem, por exemplo, fio elétrico isolado ou cabo de náilon (cloreto), vendido em lojas de ferragens como linho.
Há também o problema da estabilidade do sino. Os leitores que estudaram cuidadosamente o material “Biogás: tanto aquece quanto cozinha” já notaram que se os esquemas mostrados na Figura 1 forem implementados sem modificar o design, o sino pode perder o equilíbrio assim que flutuar: ou tombará ou geléia. Não é por acaso que na Figura 3 da mesma publicação existe um tubo guia para a campainha, mas tal instalação é mais difícil para a produção doméstica. Na figura mostramos um diagrama de balanceamento de um sino com dois blocos (Fig. 4a) e um contrapeso e a opção “guindaste” (Fig. 4b). O erro resultante do movimento vertical não estrito do ponto de suspensão do sino no “guindaste” (ao longo de um arco circular) é insignificante devido ao excesso significativo do braço de alavanca sobre o curso do balancim.
Este sistema de balanceamento de sino também é vantajoso porque pode ser usado como dispositivo de elevação durante a inspeção e limpeza do fermentador. Levando isso em consideração, não é difícil complementar o projeto com alguns elementos auxiliares: é melhor colocar os blocos em uma lança repetitiva (afinal, apenas levantar o sino para trabalhar sob ele é estritamente proibido - “Don não fique sob a carga!”). Vale a pena fazer o balancim do “guindaste” giratório e de apoio e a montagem do contrapeso, como nas balanças de armazém. Mas se não houver geada na sua região, providencie um contrapeso na forma de um recipiente cheio de água. A dificuldade mais séria que atrapalha um trabalhador caseiro é fazer uma campainha. O ferro galvanizado para telhados permite dar-lhe a forma desejada por meios simples e também é leve. Mas a fragilidade desse material com rápida corrosão em um ambiente agressivo nos obriga a buscar outras opções. Portanto, recomendamos fortemente que você dê uma olhada mais de perto na sucata acessível. Recipientes antigos, por exemplo, de derivados de petróleo, quando cortados, podem se tornar um produto semiacabado muito adequado, tanto no formato (geralmente com fundo esférico soldado) quanto na espessura do material em folha: de 2 a 5 mm . Aparentemente, as dimensões do sino serão de Ø 2-3 m e da mesma altura. Se o “cano” for menor, deve-se pensar em fazer um sino grande ou pegar dois menores (por exemplo, Ø 1,5 m), voltando ao mesmo tempo à opção de instalações simples emparelhadas. Alguns leitores têm dúvidas sobre como determinar a pressão do gás. Aparentemente, eles não prestaram atenção ao óbvio: assim que o sino flutuou à superfície, a força da pressão do gás atingiu o valor da massa do sino. Vamos explicar isso com um exemplo. Com um diâmetro de saia em sino de 2 m, sua área de seção transversal será S=πR2=3,14*1=3,14 m2=31 cm400. Com espessura de parede de sino de 2 mm e altura de 5 m, seu peso será de cerca de 2 kg. Suponhamos que o peso real do sino seja 500 kg. Então o sino flutuará a uma pressão de gás de 470 atm. (No sistema SI, massa M = 0,15 kg, força peso G = 470 N, pressão do gás p = 4700/4700 31 = 400 N/cm0,15 = 2 atm). À medida que o sino sobe, a pressão dificilmente mudará, seu aumento ocorrerá apenas devido ao deslocamento de um volume de líquido igual à parte flutuante das paredes do sino. Observando a baixa pressão do gás, vemos que ela (se necessário) pode ser aumentada de uma forma simples: instale um peso adicional na campânula, colocando-o mais baixo, para melhor equilíbrio da campânula. Alguns exemplos interessantes para comparação. A pressão do gás na rede da cidade está na faixa de 200-300 mm de água. Art., e permitido - até 600 mm de água. Arte. No nosso sistema, esta pressão também deve ser máxima. Naturalmente, surge a pergunta: uma fazenda pessoal é capaz de produzir biomatérias-primas em quantidades suficientes? Claro que não. As nossas recomendações aplicam-se principalmente às explorações pecuárias cooperativas, que se desenvolvem cada vez mais a cada dia. Além disso, reservas, e consideráveis, encontram-se em fazendas coletivas e estatais: às vezes, uma quantidade significativa de estrume se acumula perto das fazendas de gado, que não é aproveitada de forma alguma. Os residentes locais poderiam reciclá-lo e depois levá-lo para os campos. Afinal, os resíduos de matéria-prima do fermentador praticamente não perdem seu valor como fertilizante. Há um duplo benefício económico. Concluindo, apelamos novamente aos leitores com o pedido de compartilharem sua experiência no projeto e operação de usinas de biogás. Autor: P.Zak
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