CC BY
17
УДК 662.997.004.14 DOI 10.51794/27132064-2022-4-56
СОЛНЕЧНУЮ ЭНЕРГИЮ - В КОРМОПРОИЗВОДСТВО
В.А. Насибянц, кандидат технических наук А.А. Ашыров, заведующий кафедрой А.Н. Омадов, заведующий кафедрой
Туркменский сельскохозяйственный университет им. С. А. Ниязова E-mail: [email protected]
Аннотация. Приведены результаты исследований по созданию прочной кормовой базы с целью повышения качества заготавливаемых кормов. Основу кормления жвачных животных составляют травянистые корма - зеленые растения в летний период года и производящиеся из них сено, сенаж, силос и травяная мука. При длительном воздействии на скошенную зеленую массу солнечных лучей, влаги или высокой температуры питательные вещества и витамины разрушаются, и качество корма резко снижается. Для улучшения качества и снижения потерь питательных веществ при консервировании в настоящее время распространена искусственная сушка трав, недостатком которой является большой расход жидкого топлива. Даны рекомендации по эффективности использования солнечной энергии при заготовке высококачественных кормов на зимний период. Для достижения цели была определена задача проведения исследований, в которую входило создание гелиоустановки для сушки трав. В работе представлена физическая модель тепломассообмена в процессе сушки трав на гелиоустановке. Для проверки теоретических разработок было проведено экспериментальное исследование опытного образца гелиосушилки. Сравнение расчетных значений температуры теплоносителя с экспериментальными показало, что разница не превышает 8%. Результаты экспериментальных и производственных исследований гелиосушилки говорят о том, что использование солнечной энергии для получения сена высокого качества позволит снизить расход кормов, увеличить производство продуктов животноводства и улучшить их качество. Ключевые слова: гелиоустановка, корма, сушка, солнечная энергия, физическая модель, качество.
Для цитирования: Насибянц В.А., Ашыров А.А., Омадов А.Н. Солнечную энергию - в кормопроизводство // Техника и технологии в животноводстве. 2022. № 4(48). С. 56-60.
Введение. В создании полноценной кормовой базы для сельскохозяйственных животных, особенно в зимнее время, большое значение приобретает производство в хозяйствах белково-витаминных кормов, важным местным источником которых является зеленая масса сеяных и естественных трав. Задача состоит в том, чтобы при заготовке кормов на зимний период максимально и с минимальными затратами топлива сохранить ценные питательные достоинства травы.
Цель работы - изучение возможности снижения расходов жидкого топлива, трудовых затрат и улучшения качества корма путем использования солнечной энергии. Основу кормления жвачных животных составляют травянистые корма - зеленые растения в летний период года и производящиеся из них сено, сенаж, силос и травяная мука. В качестве сырья для приготовления сухих зе-
леных кормов используют главным образом бобовые и злаковые травы. Из многолетних трав люцерна в условиях орошения - непревзойденная по урожайности и кормовым качествам культура. При орошении, когда можно создать самые благоприятные условия для формирования высокого урожая люцерны, особенно важно своевременно и качественно выполнять все агротехнические приемы.
Большое влияние на урожай и качество кормов оказывают сроки скашивания. Лучший срок уборки люцерны на корм - начало цветения, когда обеспечивается самый высокий урожай и наибольший выход питательных веществ. Следовательно, в этот период целесообразнее всего заготовлять сухие зеленые корма. В настоящее время из люцерны, кроме зеленого корма, получают травяную муку, травяную резку, сено, сенаж, силос, кормовые гранулы, брикеты и т. д.
Крупный рогатый скот более 2/5 от всего объема кормовых единиц и почти половину переваримого протеина за стойловый период получает с сеном. Поэтому хорошее сено должно обладать всеми качествами зеленой травы. Основное требование к сочным кормам - это повышенное содержание в них сухого вещества и витаминов, хорошие вкусовые качества и сохранение их в течение всего периода использования.
Основным в процессе приготовления сена, сенажа и травяной муки является сушка. Сушка зеленой массы протекает неравномерно, так как листья, имеющие большую поверхность на единицу объема, чем стебли, обладают более высокой способностью испарять влагу и сушатся быстрее. Длительность сушки зеленого корма определяется скоростью сушки стеблей. Пересохшие листья обламываются и теряются, тем самым снижая питательность корма. Экспериментальные данные показывают, что наилучшим с точки зрения экономичности способом сушки является измельчение зеленой травы до длины частиц, равных их диаметру. Потери продукта по сухому веществу в процессе сушки не должны превышать 2%, а каротина - 10% [1].
Основные задачи консервирования и хранения кормов - возможное сохранение питательных веществ и витаминов, сохранение или повышение переваримости, минимальное влияние вредных погодных условий и низкая стоимость. Основной показатель -минимальные потери. Анализ литературных источников показал, что потери питательных веществ при сенажировании составляют 2530%, при заготовке корма - 30-35%. Иными словами, по стране теряется более 60 млн корм. ед. или в пересчете на мясо - 10 млн т. Для улучшения качества и снижения потерь питательных веществ при консервировании в настоящее время распространена искусственная сушка трав, недостатком которой является большой расход жидкого топлива. Для ликвидации расхождения между энергопотребностью и производством энергии наиболее эффективным является использование неиссякаемых резервов солнечной энергии
[2, 3]. Анализ проведенных исследований в области использования солнечной энергии для сушки различной продукции [4] показал, что наряду с преимуществами существующие солнечные сушилки имеют ряд недостатков при использовании их для сушки трав:
1. При использовании радиационных сушилок прямая солнечная радиация отрицательно действует на технологические свойства травы.
2. При использовании сушилок с естественной вентиляцией происходит значительная потеря теплоты, так как не весь воздух поступает в камеру естественной тягой, что снижает ее эффективность.
3. При использовании сушилок камерного типа (Ахмадалиев А., Сахретдинова Э.М.) вследствие большого уноса теплоты вместе с отработанным воздухом, температура которого составляет 55-65°С, имеет место малый коэффициент полезного действия.
4. Использование сушилки с рециркуляцией теплоносителя (Байджанов Р.) позволит снизить расход теплоты, однако затраты ручного труда на загрузку и выгрузку высушенного материала остаются довольно высокими.
5. По конструкции сушильной камеры все гелиосушилки, применяемые в настоящее время, представляют собой вид лотковой сушилки, в связи с чем они имеют следующие недостатки:
а) из-за ограниченности площади лотка и толщины слоя материала в нем производительность установки при использовании для сушки трав будет очень низкой;
б) уложить материал одинаковой плотностью по всей площади лотка при сушке трав очень трудно, воздух проходит через рыхлые места, совершенно не насыщаясь влагой, что приводит к увеличению расхода теплоносителя;
в) высушенный корм в таких сушилках будет иметь низкое качество, так как сушка будет продолжаться 3-4 часа;
г) ввиду прерывистости процесса и неподвижности материала процесс сушки травы в разработанных сушилках, использующих солнечную энергию, не может быть механи-
зирован, поэтому требуются большие затраты ручного труда на погрузку, выравнивание материала по площади лотка, ворошение и выгрузку.
При длительном воздействии на скошенную зеленую массу солнечных лучей, влаги или высокой температуры питательные вещества и витамины разрушаются, и качество корма резко снижается. В связи с этим для заготовки кормов высокого качества решающее значение имеет правильный выбор режима сушки зеленых кормов [5-7]. Для достижения данной цели была определена задача проведения исследований, в которую входило: обоснование и выбор схемы экспериментальной солнечной установки для сушки трав; разработка физической и математической модели тепломассообмена в процессе сушки трав на гелиосушилке; определение основных теплотехнических и конструктивных параметров гелиосушилки; разработка и создание опытной гелиосушилки для консервирования зеленых кормов; проведение лабораторных и производственных испытаний гелиосушилки с целью определения рационального режима сушки; обобщение экспериментальных данных в виде графических и эмпирических зависимостей; оценка технико-экономических показателей солнечной установки для сушки трав.
При разработке конструкции солнечной сушилки учитывались следующие критерии: физико-механические свойства материала, подвергающегося сушке; режим сушки; продолжительность процесса сушки; тип загрузки материала; особенность сушки материала; производительность сушилки. На базе Туркменского НИИ животноводства авторами была разработана гелиоустановка для сушки трав [8]. Рассмотрим физическую модель тепломассообмена в процессе сушки люцерны на данной гелиоустановке (рисунок).
Режим конвективной сушки характеризуется температурным уровнем процесса, т. е. начальной и конечной температурами сушильного агента. Известно, что недопустимый нагрев и пересушка кормов в процессе сушки могут снизить их качество, что тесно связано с температурой сушильного агента.
ГВН1
1
1,
III цикл II цикл I цикл
ГВН2
Л
Рисунок. Физическая модель тепломассообмена в процессе сушки люцерны на гелиоустановке
Поэтому целесообразно, в первую очередь, определить температуру теплоносителя. Теплоноситель предварительно нагревается в дополнительном гелиовоздухонагре-вателе (ГВН-1), которым служит поверхность сушильной камеры. Температуру его на выходе из ГВН-1 определяем из уравнения теплового баланса для бесконечно малого элемента йх:
СвсвМв = ТИ1йх - К{Ъв - Ь0)(€1 + 261)йх. (1) Решая уравнение 1, получим выражение для определения температуры теплоносителя на выходе из ГВН-1, равной температуре теплоносителя на входе в сушильную камеру:
г1 = г0 +
11 + 251) V
Свсв
1) (2)
К(£1 + 281)
где - температура наружного воздуха, Т - коэффициент лучепропускания стекла; / - падающая солнечная радиация, Вт/м2; К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2-К;
и Ь1 - соответственно высота, ширина и длина, м; вв - расход теплоносителя, кг/ч.
В первом цикле сушки зеленая масса люцерны перемещается в горизонтальном направлении со скоростью и. Теплоноситель всасывается вытяжным вентилятором и обдувает объект в вертикальном направлении. Воздух относительно травы имеет сравнительно высокую температуру и просачивается через поры люцерны. В результате конвективного теплообмена с поверхностью зерен объекта сушки теплоноситель отдает свою внутреннюю энергию, и по мере фильтрации температура его снижается. Полученная теплота расходуется на повышение температуры поверхности люцерны и на испарение влаги. С учетом некоторых допущений
1
и
1
1
1
5
3
2
напишем упрощенный вариант системы уравнений, описывающий процесс теплообмена между теплоносителем и люцерной:
\£Р™1^=--и & (3)
[а(1в - = ¡Зг(а + в1ь - Р0).
Решая эту систему уравнений, найдем температуру теплоносителя на выходе из первого цикла сушки:
а+ Рп/___ \
t, =
g epcv(a1+eßr) _ ^ |
a1cßr
t4 =
a2Bßr
q epc(v+u)(a2+Bßr) _ \ | a2Bßr
К третьему циклу теплоноситель, проходя вновь секцию ГВН-2, поступает с температурой:
t ч = U +
Tlf i -K{j2+2S2) I ч
Т'(l-e gbcb М (8)
K(f2 + 2S2)
+ 1ге £рсь(а1+врг) ^ (4)
где Р - коэффициент массоотдачи, кг/Н; аг - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-К; г -скрытая теплота испарения, Дж/кг; в - коэффициент пористости; р - плотность воздуха, кг/м3; с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг-К; Ро - давление, Н/м2; и - скорость воздуха, м/с.
Ко второму циклу теплоноситель, проходя через основной гелиовоздухонагреватель (ГВН-2), поступает с температурой:
т,/ / -кд2+252) 1 ч
0Л )■ (5)
где 82, 12 и ¿2 _ соответственно высота, ширина и длина ГВН-2, м.
Во втором цикле сушки происходит следующий процесс: теплоноситель движется в противотоке с объектом сушки и отдает ему внутреннюю энергию. Над зеленой массой расположено дно ГВН-1, температура которого выше, чем температура люцерны, поэтому в тепловом балансе необходимо учесть количество теплоты, передаваемой траве излучением. Математически этот процесс будет описываться системой (3) с той лишь разницей, что численное значение коэффициента теплоотдачи а2 будет несколько другим:
] И К } Лу в и (6)
(а2^в - Ь) + аг{ьд - Ь) = рг(а + вС - Р0).
Решая эту систему, находим температуру теплоносителя на выходе из второго цикла сушки:
а+Р0
Процесс в третьей секции аналогичен процессу, происходящему во втором цикле, с той лишь разницей, что скорость теплоносителя относительно травы можно записать как V- и. Таким образом, температуру на выходе из сушильной камеры можно определить по формуле:
а+р (__Я2ВРГ_ \
= --¡-2. ерс(ь+и)(а2+в13г) - 1) + а2в@г
ерф+и)(а2+врг)щ (9)
Зная температуру сушильного агента на входе и выходе сушильной камеры, можно найти термический к.п.д. теоретической сушилки по формуле:
v =
t1-t0
(10)
+ t46 £pc(.v+u)(a2+Bßr)_
(7)
Для проверки теоретических разработок было проведено экспериментальное исследование опытного образца гелиосушилки. Сравнение расчетных значений температуры теплоносителя с экспериментальными показало, что разница не превышает 8%. В результате производственных исследований гелиосушилки [9] получено сено с содержанием каротина 208 мг/кг при влажности 21,4% и травяная резка влажностью 12-14% с содержанием каротина 224-249,2 мг/кг.
Экспериментальные исследования разработанной гелиоустановки показали, что потери каротина при заготовке сена составляют до 10%, что позволяет получить сено высокого качества. При правильном хранении полученное сено не гниет, имеет зеленый цвет и хороший запах. Потери каротина при хранении составляют не более 5%.
Выводы. Анализ способов сушки трав показал, что наиболее полное сохранение питательной ценности свежей травы обеспечивает искусственная сушка зеленых кормов. В настоящее время в балансе себестоимости кормов более трети занимают расходы на топливо, с удорожанием которого доля расходов поднимется еще выше. Для умень-
шения затрат, связанных с искусственной сушкой трав, в южных районах страны можно использовать самый дешевый вид топлива - энергию Солнца. Проведенные исследования гелиоустановки подтвердили возможность использования солнечной энергии для консервирования кормов на зимний период на юге Казахстана, в республиках Средней Азии, в Азербайджане, Грузии, Молдавии, Армении, Крыму и Краснодарском крае.
Литература:
1. Валушис В.Ю. Основы высокотемпературной сушки кормов. М.: Колос, 1977. 303 с.
2. Использование солнечной энергии для сушки фруктов и овощей / Умаров Г.Я. и др. // Консервная и овощная промышленность. 1978. № 10. С. 22-23.
3. Насибянц В. А. Эффективность использования солнечной энергии для сушки трав // Техника в сельском хозяйстве. 1986. № 6. С. 15-16.
4. Потенциал солнечной энергии для сушки овощей и фруктов в условиях Туркменистана / Сарыев К. и др. // Современные научные исследования: теория, методология, практика. Уфа, 2021. С. 44-52.
5. Насибянц В.А. Перспективы использования солнечной энергии при заготовке кормов // Наука, техника и инновационные технологии. Ашхабад, 2021. С. 40-46.
6. Технология сушки. Основы тепло- и массопереноса / Васильев В.Н. и др. СПб.: ГИОРД, 2013. 224 с.
7. Кузнецов Н.Н. Исследование процесса удаления влаги при приготовлении кормов из трав // Известия НВ АУК. 2019. № 3(55). С. 380-388.
8. Насибянц В. А. Гелиоустановка для сушки кормов //
Наука, техника и инновационные технологии в эпоху могущества и счастья. Ашхабад, 2020. С. 121-127. 9. Насибянц В.А. Конструктивные параметры гелиоустановки для сушки трав // Наука, техника и инновационные технологии в эпоху могущества и счастья. Ашхабад, 2017. С. 113-119.
Literatura:
1. Valushis V.YU. Osnovy vysokotemperaturnoj sushki kormov. M.: Kolos, 1977. 303 s.
2. Ispol'zovanie solnechnoj energii dlya sushki fruktov i ovoshchej / Umarov G.YA. i dr. // Konservnaya i ovosh-chnaya promyshlennost'. 1978. № 10. S. 22-23.
3. Nasibyanc V.A. Effektivnost' ispol'zovaniya solnechnoj energii dlya sushki trav // Tekhnika v sel'skom hozyajst-ve. 1986. № 6. S. 15-16.
4. Potencial solnechnoj energii dlya sushki ovoshchej i fruktov v usloviyah Turkmenistana / Saryev K. etc. // So-vremennye nauchnye issledovaniya: teoriya, metodologi-ya, praktika. Ufa, 2021. S. 44-52.
5. Nasibyanc V.A. Perspektivy ispol'zovaniya solnechnoj energii pri zagotovke kormov // Nauka, tekhnika i innova-cionnye tekhnologii. Ashkhabad, 2021. S. 40-46.
6. Tekhnologiya sushki. Osnovy teplo- i massoperenosa / Vasil'ev V.N. i dr. SPb.: GIORD, 2013. 224 s.
7. Kuznecov N.N. Issledovanie processa udaleniya vlagi pri prigotovlenii kormov iz trav // Izvestiya NV AUK. 2019. № 3(55). S. 380-388.
8. Nasibyanc V.A. Gelioustanovka dlya sushki kormov // Nauka, tekhnika i innovacionnye tekhnologii v epohu mo-gushchestva i schast'ya. Ashkhabad, 2020. S. 121-127.
9. Nasibyanc V.A. Konstruktivnye parametry geliousta-novki dlya sushki trav // Nauka, tekhnika i innovacionnye tekhnologii v epohu mogushchestva i schast'ya. Ashkhabad, 2017. S. 113-119.
SOLAR ENERGY - FOR FEED PRODUCTION V.A. Nasibyants, candidate of technical sciences A.A. Ashyrov, chair head A.N. Omadov, chair head
Turkmen agricultural university named after S.A. Niyazov
Abstract. The solid feed base creation for the harvested feed quality improving's research results are presented. The ruminants' feeding basis is herbaceous feed - green plants in the summer and hay, haylage, silage and grass flour from them are produced. At sunlight, moisture or high temperature prolonged exposure the nutrients and vitamins of mown green mass are destroyed, and the feed quality sharply decreasing. To improve the nutrients quality and reduce the loss during canning, herbs' artificial drying is currently common, the disadvantage of which is liquid fuel's large consumption. Recommendations on solar energy using efficiency at high-quality feed harvesting in winter period are given. To achieve the goal, the research conducting task was determined, including the helio installation for herbs drying creation. This article presents a physical model of heat and mass transfer during herbs drying process on a helioinstallation. To test the theoretical developments, an experimental study of heliodryer's prototype was conducted. Comparison of the calculated values of the coolant temperature and the experimental ones showed that the difference does not exceed 8%. The results of experimental and productive studies of the heliodryer indicate that the solar energy to produce high-quality hay using will feed consumption reducing, livestock production increasing and their quality improving.
Keywords: helioinstallation, feed, drying, solar energy, physical model, quality.
For citation: Nasibyants V.A., Ashyrov A.A., Omadov A.N. Solar energy - for feed production // Machinery and technologies in livestock. 2022. No. 4(48). p. 56-60.
