Utilizatorul, unul sau mai multi, are/au nevoie de biogaz pentru satisfacerea urmatoarelor cerinte, enumerate in ordinea prioritatii lor:
- Energie termica pentru prepararea hranei;
- Energie termica pentru incalzirea apei menajere;
- Energie termica pentru incalzirea locuintei;
- Energie electrica pentru nevoile casnice.
In cele ce urmeaza se va lua in considerare cazul unei familii clasice, de patru persoane, care locuieste intr-o casa cu 4 camere, intr-o zona cu clima temperata. Prin extrapolare, specialistul in instalatii va sti sa calculeze necesitatile, termica si electrica, in cazuri mai complicate care pot reuni in case tip bloc, mai multe familii.
Necesarul de energie termica pentru prepararea hranei
Pentru cazul considerat este suficienta o masina de gatit cu patru ochiuri. Aceste ochiuri vor fi utilizate astfel:
- La micul dejun vor arde doua ochiuri timp de cate o jumatate de ora fiecare;
La prepararea pranzului vor arde patru ochiuri, in medie cate trei sferturi de ora fiecare;
- La prepararea cinei vor arde doua ochiuri, cate o jumatate de ora fiecare;
- Eventual si cuptorul va fi utilizat zilnic cate 45 minute;
insumand duratele de mai sus rezulta:
- Cinci ore de ardere a gazului la un ochi;
- 45 minute de ardere a gazului la cuptor;
Un ochi consuma, in medie, 200 1 gaz pe ora. Pentru cinci ore de ardere va fi nevoie de 1000 1 biogaz, respectiv 1 m3.
Cuptorul consuma, in medie, 480 1 gaz pe ora. In 45 minute va avea nevoie de 360 l biogaz.
Rezulta ca pentru gatit necesarul acestei familii este de 1,36 m3/zi biogaz.
Pentru un calcul mai generalizat se pot utiliza datele urmatoare care arata necesarul de biogaz pentru gatit in functie de numarul de persoane :
- 1 persoana......................................................0,40 — 0,45 m3/zi
- 2 persoane......................................................0,35 — 0,4 m3/zi si persoana
- 3-4 persoane...................................................0,33 — 0,35 m3/zi si persoana
- 5-6 persoane...................................................0,30 — 0,33 m3/zi si persoana
- 7-10 persoane.................................................0,25 — 0,3 m3/zi si persoana
Se observa cum scade consumul specific de gaz pentru o persoana atunci cand numarul acestora creste, ceea ce este logic.
Necesarul de energie termica pentru incalzirea apei menajere
In tabelul urmator este specificat necesarul de biogaz pentru incalzirea apei
menajere.
In exemplul considerat va fi nevoie de inca 1.9 m3 biogaz la incalzirea apei menajere pe ochiul masinii de gatit sau de 2,3 m3 biogaz in cazul utilizarii unui boiler.
Necesarul de energie termica pentru incalzirea locuintei
Pentru incalzirea locuintei, desigur in perioada friguroasa, necesarul de biogaz este redat in tabelul urmator, diferentiat pe trei moduri de realizare a izolatiei termice a locuintei:
In cazul locuintei considerate, de 4 camere, cu o suprafata totala de 75 m2 si un volum total de incalzit de cca. 200 m3, necesarul de biogaz, pentru 10 ore de incalzire, va fi, in medie, de :
200 m3 x 0,23 m3/zi = 46 m3 pentru o locuinta bine izolata termic
200 m3 x 0,25 m3/zi = 50 m3 pentru o locuinta cu izolatie termica medie
200 m3 x 0,37 m3/zi = 74 m3 pentru o locuinta slab izolata termic
Insumand necesarul de biogaz pentru obtinerea unui confort termic maxim care presupune gatitul, apa calda si incalzirea locuintei pe timp de iarna, necesarul de biogaz pentru exemplul considerat va fi:
1,36 m3/zi + 2,3 m3/zi + 46 m3/zi = 49,66 m3/zi
Necesarul de energie electrica
In cazul exemplului considerat necesarul de energie electrica poate fi si el diferentiat in functie de gradul de confort dorit care, la randul lui, determina felul si numarul consumatorilor de energie electrica. Pentru un caz mediu care asigura iluminatul si prize in toate incaperile pentru cateva aparate electrocasnice, puterea total instalata va fi de Pj = 5 kw, iar factorul de simultaneitate de cca. 0,6. Puterea efectiva necesara va fi deci de Pef = 3,0 kw pe o durata medie de 8 ore zi. Consumul de energie electrica va fi deci de 24 kw/h zi.
Pentru realizarea puterii efective de 3 kw este necesar un generator de cca. 3,3 kVA, antrenat de un motor termic de cca. 5 cai putere. Un astfel de convertor al biogazului in energie electrica ar consuma cca. 3 m3/h biogaz adica, in total 24 m3 biogaz in cele 8 ore de functionare. Astfel de convertoare sunt realizate insa cu recuperarea avansata a caldurii degajate de motorul termic si din gazele de ardere astfel incat energia electrica reprezinta doar un sfert din energia adusa de biogaz si cca. o treime din energia totala produsa. Cei 24 m3 de biogaz necesari se vor imparti deci astfel:
6 m3 biogaz pentru energie electrica; 18 m3 biogaz pentru energie termica; 6 m3 biogaz pierderi.
Cum energia termica recuperata de la convertor este sub forma de apa calda, aceasta poate fi utilizata foarte bine fie la incalzirea locuintei, fie la prepararea apei menajere.
In final, calculul necesarului de biogaz pentru asigurarea unui confort maxim in cazul considerat va arata astfel:
- Biogaz pentru gatit..................................................1,36 m3/zi
- Biogaz pentru apa calda menajera............................2,3 m3/zi
- Biogaz pentru incalzirea locuintei.............................46.0 m3/zi
- Biogaz pentru energie electrica................................24,0 m3/zi
Total........................................................................ 73.66 m3/zi
Se scade echivalentul energiei termice recuperate...18.0 m3/zi
Total necesar net 55,66 m3/zi
Se observa ca, fata de necesarul total de biogaz (73,66 m3/zi), pentru satisfacerea unui confort maxim, in exemplul considerat, consumurile energetice partiale sunt
repartizate astfel:
- Pentru gatit.........................................................1,85%
- Pentru apa calda menajera...................................3,12%
- Pentru incalzirea locuintei....................................62,45%
- Pentru energie electrica.......................................32,58%
Total 100,00 %
Daca se opereaza scaderea din necesarul de biogaz pentru incalzirea locuintei, a celor 18 m3/zi, corespunzatoare energiei termice recuperate de la convertor, raman 46 — 18 = 28 m3 zi biogaz care va fi solicitat instalatiei de producere a biogazului iar tabloul distributiei energetice, fata de noul total de 55.66 m3/ zi, va arata astfel:
- Pentru gatit.........................................................2,44%
- Pentru apa calda menajera...................................4,13%
- Pentru incalzirea locuintei....................................50,31%
- Pentru energie electrica.......................................43,12%
Total 100,00 %
Pe acest model de calcule se pot determina nevoile energetice ale beneficiarilor instalatiilor de biogaz, in varii situatii, depinzand de anumite date specifice fiecarui caz in parte.
STABILIREA POTENTIALULUI METANOGEN AL UTILIZATORULUI
Cantitatea de biogaz care poate fi obtinuta din deseurile organice ale unei gospodarii depinde de multi factori care tin, invariabil, de puterea si de structura economica a ei. Aici se poate da un exemplu de evaluare a potentialului metanogen al unei microferme agricole, de tipul celor care se dezvolta in prezent in mediul rural. Cum astfel de microferme exista de multa vreme nu numai in tari vest-europene ci — in numar crescand — si in tarile din estul Europei, exemplul dat in continuare e departe de a fi utopic.
O microferma de tip agrozootehnic care dezvolta culturi agricole pe 20 ha. pamant arabil, si are in exploatare zootehnica si industriala 20 vaci de lapte si 40 porci la ingrasat, 2 cai, 100 de gaini ouatoare si numeroase deseuri agricole ca paie, frunze verzi sau uscate, tulpini si lujeri de la zarzavaturile din gradina proprie precum si apa menajera provenita de la cei patru locatari ai familiei si din pregatirea mancarii, poate conta pe urmatorul potential de biogaz, evidentiat in tabelul urmator:
Pentru a stabili viabilitatea acestei retete de alimentare a instalatiei de producere a biogazului se verifica raportul carbon azot prin operatii cuprinse in tabelul urmator:
Facand raportul dintre totalul ultimei coloane si totalul celei de a treia coloane se obtine raportul C/N pentru intregul amestec:
26.422 / 1.173 = 22,5 = C/N, care este un raport bun pentru producerea
biogazului.
In calculul potentialului de mai inainte nu a mai fost luat in considerare efectul sinergic al amestecului de materii prime care, la randul lui, potenteaza in mod semnificativ productia de biogaz, in medie, cu cca. 10%. Se poate conta deci pe o productie totala de biogaz, in exemplul considerat, de
43,75 m3/zi x 1,1 = 48,125 m3/zi biogaz
Cantitatea de biogaz de mai sus reprezinta productia bruta. Arunci cand fermentatorul de biogaz lucreaza in regim mezofil (cel mai frecvent), experienta arata ca, la o executie ingrijita si cu o buna izolatie termica, autoconsuinul de biogaz (necesarul de biogaz pentru asigurarea regimului termic de productie) nu depaseste 20% din productia bruta. In cazul exemplificat va ramane o cantitate de biogaz disponibil de
48,125 m3/zi x 0,8 = 38,5 m3/zi
Fata de necesarul de biogaz stabilit mai inainte, se pot concluziona urmatoarele:
• Cantitatea de biogaz disponibila depaseste cu mult necesarul de biogaz in timpul lunilor in care nu este necesara incalzirea locuintei (cea. 7 luni pe an);
• In perioada celor 7 luni exista suficient biogaz pentru gatit, apa calda menajera si pentru producerea de energie electrica;
Sursa : Nikolici Vasile - curs
