Дослідження енерговитрат на перемішування сировини у біогазовому реакторі за використання механічних мішалок
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya4(86).2026.119Ключові слова:
біогазові технології, енергетичні витрати, лопатеві змішувачі, порівняльний аналіз, критерій Ейлера, енергоефективністьАнотація
У статті наведено аналіз витрати енергії на створення однорідного середовища у біогазовому реакторі за використання лопатевих механічних мішалок з ціллю обрання енергетично ефективної конструкції механічної мішалки для подальшої інтеграції з електричним нагрівальним елементом. Для порівняння використовували три модифікації лопатевих мішалок у яких лопаті встановлені під кутом 450, а саме: дволопатева одноярусна мішалка, чотирьох лопатева одноярусна та двоярусна лопатева у якої по дві лопаті на ярус. Побудова графічних залежностей проводилися у програмному пакеті Wolfram Mathematica. Проведено аналіз типів електричних машин, що використовуються як приводи перемішуючих пристроїв. Враховуючи гідродинамічні, фізико-хімічні властивості та геометричні розміри лопатевих мішалок визначено споживану потужність на перемішування речовини у реакторі. Отримано математичні залежності, що описують зміну потужності електричного приводу в залежності від зміни частоти обертання валу досліджуваних у статті лопатевих мішалок. Отримані математичні залежності є корисними у подальшій практичній діяльності у напрямку розрахунку необхідної потужності на перемішування речовини, при цьому, без потреби експериментальних досліджень, що скорочує фінансові витрати та час підбору необхідного обладнання для побудови систем перемішування біогазових реакторів циліндричної форми.
Отримано: 15.05.2026. Доопрацьовано: 21.07.2026. Прийнято: 20.08.2026
Посилання
1. WBA. Global Potential of Biogas; World Biogas Association: London, UK, 2019.
2. EBA. EBA Statistical Report 2023; European Biogas Association: Brussels, Belgium, 2023.
3. Marks, S., Dach, J., Fernandez Morales, F.J., Mazurkiewicz, J., Pochwatka, P., Gierz, Ł. New Trends in Substrates and Biogas Systems in Poland. Journal of Ecological Engineering, 2020. Vol. 21, No. 4, pp. 19-25.
4. Balussou D. McKenna R., Möst D. Fichtner W. A model-based analysis of the future capacity expansion for German biogas plants under different legal frameworks. Renew. Sustain. Energy Rev. 2018. No. 96, Р. 119–131.
5. Ward, A.J., Hobbs, P.J., Holliman, P.J., Jones, D.L. Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresour. Technol, 2008. No. 99, Р. 7928-7940.
6. Holub S., Shinkaruk N. Principles of legal regulation of bioenergy use in the European Union. Law. Human. Environment, 2021. Vol.12, No. 4. P. 72-77.
7. Zablodskiy, M., Spodoba, M., & Spodoba, O. Experimental investigation of energy losses of a biogas reactor in the environment for mesophilic mode of fermentation. Energy and Automation, 2022, No. 2. P. 18-32.
8. M. Zablodskiy, M. Spodoba, О. Spodoba.. Experimental investigation of energy consumption for the process of initial heating of a substrate for the use of electric heat-mechanical system. Electrical Engineering and Power Engineering, 2020. No. 1. P. 49–59.
9. Foukrach, M., Bouzit, M., Ameur, H. Effect of Agitator’s Types on the Hydrodynamic Flow in an Agitated Tank. Chin. J. Mech. Eng, 2020. No. 33. P. 37.
10. Zablodskiy M.M., Spodoba M.O. Rationale for creating an electrothermomechanical system for mixing and heating biomass. Energy and Automation. 2020. No. 5. P. 136-148.
11. Marks, S., Jeżowska, A., Kozłowski, K., Dach, J., Wilk, B., Fudala-Książek, S. Review of mixing systems of fermentation liquid used in biogas plants. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna, 2017. Vol. 6. P. 24-26.
12. Deublein D., Steinhauser A. Biogas from Waste and Renewable Resources. An Introduction. KGaA, Weinheim, 2008. 450 p.
13. Zakomorny, D.M., Povodzinsky, V.M., Shybetsky, V.Yu. Classification and analysis of the operation of fermenters with mechanical stirring devices in aerobic processes of biotechnology. ScienceRise, 2015. No. 2. P. 24-32.
14. Ameur, H. Mixing of complex fluids with flat and pitched bladed impellers: effect of blade attack angle and shear-thinning behavior. Food Bioprod. Process. 2016. No. 99. P. 71-77.
15. Ameur, H. Modifications in the Rushton turbine for mixing viscoplastic fluids. J. Food Eng. 2018. No. 223. P. 117-125.
16. Spodoba M., Spodoba O. Research of energy expenditures for mechanical mixing of raw materials in a biogas reactor. Electrical Engineering and Power Engineering. 2025. No. 2. P. 18–25.
17. Spodoba M. Zablodskiy M. Dependence of energy costs on the type of mechanical stirrer used in a biogas reactor. Electrical engineering and power engineering, 2021. No. 1. Р. 26-33.
18. M. Zablodskiy and M. Spodoba. Determination of energy efficient level of the speed of mixing body of electromechanical system. Electromechanical and energy saving systems, 2020. No. 4(52), Р. 17-26.
19. Spodoba M.O., Spodoba О.O., Kovalchuk S.I., Oliinik Yu.O. Determination of the Energy Efficient Speed of the Working Body of the Agitator for Small Biogas Reactors. Problemele energeticii regionale. 2025. Vol. 3. P. 141-152.
20. Spodoba M., Spodoba O. Mathematical Model of Changes in Energy Costs for Thermostabilization of the Substrate and Objects in a Biogas Reactor. 2023 IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine. 2023. P. 1-6.
21. Cherevko, O.I., Poperechny, A.M. Processes and apparatuses of food production. Kh.: Svit Knyg, 2014. 495 p.
22. A. G. Skliar, R. V. Skliar. Analysis of methods and means for mixing the substrate in the methane kit of biogas plants. Machinery & Energetics. 2019. Vol. 10. No. 4. P. 19-26.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Енергетика і автоматика
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим розповсюджувати рукопис із визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
