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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE L'utilisation du biogaz au quotidien. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Pour beaucoup, la première question qui se pose est de savoir comment coordonner les besoins existants avec la taille de l'installation. C'est ce que beaucoup écrivent : la taille de la maison, disons, 5x6 m (ou le volume, par exemple, 150 m3), la famille - 4 personnes, il faut chauffer et prévoir une cuisine ; quelle taille d'installation est nécessaire ? L'expérience disponible montre qu'en moyenne, chauffer une maison d'une superficie de 40 à 50 m2 et un poêle à quatre brûleurs nécessite 3,0 à 3,5 m3 de biogaz par heure. Lors de l'équipement d'un système de chauffage local, vous pouvez utiliser le chauffe-eau à gaz de chauffage automatique largement utilisé AOGV-11, 3-3-U. Un facteur important déterminant l’intensité de la formation de gaz est la température du processus. Il ne faut pas oublier que l'article « Biogaz : à la fois chauffer et cuisiner » décrit une expérience liée à un pays au climat assez doux. Apparemment, dans des conditions climatiques plus sévères, le chauffage est plus nécessaire, peut-être même en régime permanent. Et si le chauffage est fourni, il semble alors conseillé de l'utiliser comme facteur de régulation efficace, grâce auquel la formation de gaz peut être augmentée plusieurs fois. (Nous parlerons plus tard d’un autre facteur de contrôle – le mixage.) Or, compte tenu de l'influence combinée de ces facteurs sur la puissance de l'installation, nous pouvons donner quelques recommandations. Lors du choix de la taille du fermenteur, vous pouvez vous concentrer sur les options données dans la publication précédente ; Compte tenu d'un climat plus rigoureux, il convient d'ajouter un élément chauffant à l'installation, par exemple sous forme de serpentins. Un essai de fonctionnement révélera immédiatement l'effet du chauffage sur les performances de l'appareil. Pour systématiser les travaux de finition, il est recommandé de tenir un cahier (sans compter sur la mémoire) et de noter toutes les modifications - saisies et reçues. La pratique montre que chaque 10° de chauffage supplémentaire de la biomasse double le débit de gaz d'1 m3 de fermenteur. Voici quelques informations pour ceux qui envisagent de concevoir une installation. À partir de 1 tonne de matière première, on obtient 80 à 100 m2 de gaz. Son pouvoir calorifique est d'environ 5500 6000 à 3 7000 kcal/m3. A titre de comparaison : le gaz domestique n'est pas beaucoup plus calorique - seulement XNUMX XNUMX kcal/mXNUMX. Parlons maintenant de la biologie du processus. Les bactéries productrices de méthane sont présentes dans les matières premières elles-mêmes. Leurs cultures se développent dans un fermenteur pendant trois semaines maximum, jusqu'à ce que la masse commence à libérer du gaz. Lors de l'utilisation d'un « levain » prêt à l'emploi à partir d'une portion précédente d'un fermenteur déjà en fonctionnement, le délai de démarrage de la production de gaz est réduit à environ une semaine. Les bactéries productrices de méthane sont divisées en trois groupes. Les psychrophiles fonctionnent efficacement dans la plage de +5...+20°. Avec une nouvelle augmentation de la température, des bactéries mésophiles se développent, leur plage de travail est de +30...+42°. Et à une température encore plus élevée, l'effet des bactéries thermophiles se manifeste, qui agissent dans une plage très étroite : +54...+56°. Un grand nombre de problématiques concernent la conception de l'installation, principalement la création de la possibilité de ravitailler périodiquement les matières premières et de mélanger la biomasse sans dépressuriser la cloche. Tout d’abord, il faut dire que la production continue de gaz peut être obtenue en dupliquant les installations. Avec deux fermenteurs, en les remplissant alternativement, il est possible d'éviter de compliquer la conception. Ainsi, le futur créateur d'une installation de production de biogaz devra comparer, en fonction de ses capacités, trois schémas : le plus simple avec remplissage périodique ; protozoaires appariés, à remplissage alterné ; avec un dispositif spécial qui assure un approvisionnement continu en gaz. Lors du choix du troisième schéma, vous devez garder à l'esprit que le fonctionnement du fermenteur nécessite non seulement un remplissage en matières premières, mais également l'élimination des déchets. Dans ce dernier schéma, le réapprovisionnement en matières premières et l'élimination des déchets ne sont pas égaux en fréquence. Ainsi, l'élimination des déchets peut être combinée avec l'arrêt du processus de nettoyage et d'inspection du système. Quant au ravitaillement, il se fait plus souvent et est plus simple : chaque jour 1/10 du volume est retiré par le bas et la même quantité de matières premières bio fraîches est ajoutée par le haut. L'une des manières possibles de ravitailler le fermenteur sans perte de gaz repose sur le principe dit des vases communicants. Pour ce faire, un petit récipient de remplissage est installé à côté de la fosse du fermenteur, relié à celle-ci par une canalisation située en dessous du niveau du liquide (Fig. 1). Le pipeline est constitué d'un morceau de tuyau d'égout en céramique ou d'amiante-ciment, qui est encastré dans les parois des conteneurs. Un tel système lui-même est un joint de gaz liquide. Vous pouvez augmenter l'efficacité de l'approvisionnement en concentré à l'aide d'une trémie à entonnoir insérée (Fig. 1a). Vous pouvez pousser le marc à travers le pipeline avec un simple piston à mailles. En même temps, il est utilisé comme amortisseur qui empêche l’auto-mélange de la biomasse entre les deux conteneurs.
La nécessité d'un mélange périodique de la biomasse soulève de nombreuses questions. Comment réaliser cette opération sans dépressurisation ? Tout le monde ne connaît pas la possibilité de s'auto-mélanger. Rappelons l'effet de convection : on l'observe dans une pièce lorsque des peluches apparaissent au-dessus du radiateur de chauffage, flottent, tombent sur le mur opposé et sont à nouveau emportées par le flux d'air vers le radiateur. Cet effet de circulation thermique du milieu n'est pas difficile à obtenir dans le fermenteur si l'on place des tuyaux de chauffage (serpentin) dans sa partie inférieure en les déplaçant vers un bord ; la convection fournira un auto-mélange. Lorsque le processus de formation de gaz commence, celui-ci sera complété par l’effet de bulles de gaz montantes dans la zone située au-dessus du radiateur. Il n'est pas difficile de fabriquer un mélangeur mécanique de biomasse. Il est particulièrement adapté aux régions au climat doux, où il n’est pas nécessaire d’utiliser le chauffage. Comme le montre la pratique, il vaut mieux prévoir cela à l'avance. Après tout, si le système lui-même commence à chauffer, pourquoi, pourrait-on se demander, gaspiller de l'énergie pour le mélange. De plus, il n'est pas du tout nécessaire de remuer la masse en permanence. Vous pouvez le faire périodiquement, par exemple le matin et le soir. Cela vaut même la peine de transformer cette opération en une opération supplémentaire d’ajustement. Pour ce faire, il suffit de surveiller la position de la cloche : dès qu'elle descend au niveau inférieur (petite réserve de gaz), il faut mélanger la biomasse - et le dégagement de gaz va immédiatement augmenter. Le mélangeur le plus simple peut être facilement fabriqué sous la forme d'une roue entraînée par des connexions flexibles via le même siphon (Fig. 3). Il n’est pas nécessaire d’effectuer une rotation continue dans un sens. Si le mélangeur est équipé de pales radiales, un mouvement de bascule suffit. Vous pouvez vous limiter à une seule lame (Fig. 2). En général, vous avez la possibilité de prendre vos propres décisions. Il est préférable d'utiliser des matériaux non pourris comme tiges, par exemple du fil électrique isolé ou du cordon en nylon (chlorure), vendus dans les quincailleries sous forme de lin.
Se pose également le problème de la stabilité de la cloche. Les lecteurs qui ont étudié attentivement le document « Biogaz : à la fois chauffer et cuisiner » ont déjà remarqué que si les schémas présentés dans la figure 1 sont mis en œuvre sans modifier la conception, la cloche risque de perdre l'équilibre dès qu'elle flotte : soit elle basculera ou de la confiture. Ce n'est pas un hasard si sur la figure 3 de la même publication il y a un tube de guidage pour la cloche, mais une telle installation est plus difficile pour une production domestique. Sur la figure nous montrons un schéma d'équilibrage d'une cloche avec deux blocs (Fig. 4a) et un contrepoids et l'option « grue » (Fig. 4b). L'erreur résultant du mouvement vertical non strict du point de suspension de la cloche sur la « grue » (selon un arc de cercle) est négligeable en raison de l'excédent important du bras de levier sur la course du culbuteur.
Ce système d'équilibrage à cloche est également avantageux dans le sens où il peut être utilisé comme dispositif de levage lors de l'inspection et du nettoyage du fermenteur. Compte tenu de cela, il n'est pas difficile de compléter la conception avec quelques éléments auxiliaires : il est préférable de placer les blocs sur une flèche à répétition (après tout, il est strictement interdit de soulever la cloche pour travailler en dessous - « Don je ne supporte pas la charge ! »). Il vaut la peine de faire tourner le culbuteur et le support de la « grue », ainsi que la configuration du contrepoids, comme sur les balances d'entrepôt. Mais s'il n'y a pas de gel dans votre région, prévoyez un contrepoids sous la forme d'un récipient rempli d'eau. La difficulté la plus sérieuse qui se dresse sur le chemin d'un ouvrier artisanal est de fabriquer une cloche. Le fer à toiture galvanisé permet de lui donner la forme souhaitée par des moyens simples, et il sera également léger. Mais la fragilité d'un tel matériau avec une corrosion rapide dans un environnement agressif nous oblige à rechercher d'autres options. Par conséquent, nous vous conseillons fortement d’examiner de plus près la ferraille abordable. Les vieux conteneurs, par exemple de produits pétroliers, une fois découpés, peuvent s'avérer être un produit semi-fini très approprié, tant par la forme (généralement avec des fonds sphériques soudés) que par l'épaisseur du matériau en feuille : de 2 à 5 mm. . Apparemment, les dimensions courantes de la cloche seront de Ø 2-3 m et de même hauteur. Si le « tonneau » s'avère plus petit, il faut réfléchir s'il faut réaliser une grosse cloche ou en prendre deux plus petites (par exemple, Ø 1,5 m), tout en revenant à l'option d'installations simples jumelées. Certains lecteurs se posent des questions sur la détermination de la pression du gaz. Apparemment, ils n'ont pas prêté attention à l'évidence : dès que la cloche flottait à la surface, la force de pression du gaz atteignait la valeur de la masse de la cloche. Expliquons cela avec un exemple. Avec un diamètre de jupe en cloche de 2 m, sa section transversale sera S=πR2=3,14*1=3,14 m2=31 400 cm2. Avec une épaisseur de paroi en cloche de 5 mm et une hauteur de 2 m, son poids sera d'environ 500 kg. Supposons que le poids réel de la cloche soit de 470 kg. Ensuite, la cloche flottera à une pression de gaz de 0,15 atm. (Dans le système SI, masse M = 470 kg, force de poids G = 4700 4700 N, pression du gaz p = 31 400/0,15 2 = 0,15 N/cmXNUMX = XNUMX atm). Au fur et à mesure que la cloche monte, la pression ne changera pratiquement pas, son augmentation ne se produira que du fait du déplacement d'un volume de liquide égal à la partie flottante des parois de la cloche. Constatant la faible pression du gaz, on voit qu'elle (si nécessaire) peut être augmentée de manière simple : installer un poids supplémentaire sur la cloche, en le plaçant plus bas, pour un meilleur équilibre de la cloche. Quelques exemples intéressants à titre de comparaison. La pression du gaz dans le réseau urbain est comprise entre 200 et 300 mm d'eau. Art., et autorisé - jusqu'à 600 mm d'eau. Art. Dans notre système, cette pression doit également être maximale. Naturellement, la question se pose : une ferme personnelle est-elle capable de produire des matières premières biologiques en quantité suffisante ? Bien sûr que non. Nos recommandations s’appliquent en priorité aux élevages coopératifs, qui se développent chaque jour davantage. De plus, des réserves, et considérables, se trouvent dans les fermes collectives et d'État : parfois une quantité importante de fumier s'accumule à proximité des élevages, qui n'est en aucun cas utilisé. Les résidents locaux pourraient le recycler et l'apporter ensuite aux champs. Après tout, les déchets de matières premières provenant du fermenteur ne perdent pratiquement pas leur valeur en tant qu'engrais. Il y a un double avantage économique. En conclusion, nous faisons à nouveau appel aux lecteurs en leur demandant de partager leur expérience dans la conception et l'exploitation d'installations de biogaz. Auteur : P.Zak
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