Preliminary research of the biomass cutting process for its mathematical model formulating

• Autorzy: Wałęsa Krzysztof , Wilczyński Dominik , Talaśka Krzysztof , Górecki Jan , Wojtkowiak Dominik

Warianty tytułu

PL

Badania wstępne procesu cięcia biomasy na potrzeby budowy jego modelu matematycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Renewable energy sources are an important component of energy economy. One of its most popular types is plant-based biomass. Among its various types, grass plant straw in form of dried stems and leaves calls for particular attention. Its main source is the cultivation of grains for fodder and consumption. The use of biomass as an energy source requires mechanical processing which entails fragmentation of the material followed by compaction to form briquette which may be used as fuel in boilers. The fragmentation process is mostly breaking and cutting. The Chair of Machine Design Basics of the Poznań University of Technology has taken up work to analyze the energy consumption of the biomass fragmentation process with utilization of a drum-type cutting system. This article presents the preliminary study of cutting triticale straw, allowing to identify any possible problems arising during that process. The forces required for shearing grain stems will be established and utilized to design a mathematical model for the cutting process of similar materials. The obtained material characteristics for the course of the cutting process will be employed in the formulation of the physical model. The end result of such work shall be the analysis of process energy consumption for the drum type cutting system.

PL

Odnawialne źródła energii są ważnym elementem gospodarki energetycznej. Jednym z bardziej popularnych ich rodzajów jest biomasa pochodzenia roślinnego. Wśród jej odmian na szczególna uwagę zasługuje słoma roślin trawiastych w postaci zasuszonych łodyg z liśćmi. Jej głównym źródłem jest uprawa zbóż paszowych i konsumpcyjnych. Zastosowanie biomasy jako źródła energii wymaga jej obróbki mechanicznej, która polega na rozdrabnianiu i następującym po tym zagęszczaniu do postaci brykietu, który może być spalany w kotłach grzewczych. Proces rozdrabniania słomy jest realizowany głównie przez jej łamanie i ścinanie. W Katedrze Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Poznańskiej, podjęto prace badawcze polegające na analizie energochłonności procesu rozdrabniania biomasy z wykorzystaniem zespołu tnącego typu bębnowego. W artykule przedstawiono wstępne badania cięcia słomy pszenżytniej, które pozwolą na rozpoznanie ewentualnych problemów występujących podczas tego procesu. Wyznaczone siły niezbędne do ścinania łodyg zbóż będą wykorzystane przy opracowywaniu modelu matematycznego procesu cięcia takiego materiału. Uzyskana charakterystyka zachowania się tego materiału podczas cięcia będzie wykorzystana przy formułowaniu jego modelu fizycznego. Końcowym rezultatem prac będzie analiza energochłonności procesu rozdrabniania biomasy przy zastosowaniu zespołu tnącego typu bębnowego.

Słowa kluczowe

EN

renewable energy sources; biomass; straw; shearing; cutting; breaking up

PL

odnawialne źródła energii; biomasa; słoma; ścinanie; cięcie; rozdrabnianie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, nr 1
• Strony: 50--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Wałęsa Krzysztof

• Poznan University of Technology, Chair of Basics of Machine Design ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

autor

Wilczyński Dominik

• Poznan University of Technology, Chair of Basics of Machine Design ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

autor

Talaśka Krzysztof

• Poznan University of Technology, Chair of Basics of Machine Design ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

autor

Górecki Jan

• Poznan University of Technology, Chair of Basics of Machine Design ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

autor

Wojtkowiak Dominik

• Poznan University of Technology, Chair of Basics of Machine Design ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Bochat A.: Teoria i konstrukcja zespołów tnących maszyn rolniczych. Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu TechnologicznoPrzyrodniczego, Bydgoszcz 2010.
• [2] Brykiety/pellety ze słomy w energetyce. Inżynieria Rolnicza, 2009, 1(110).
• [3] Dyrektywa Europejska nr 2009/28/WE.
• [4] Eremin A.Y., Babanin V.I., Kozlova S.Y.: Requirement to indices of mechanical strength of briquettes with binder. Metallurgist, 2003, 11, 32-38.
• [5] Kushwaha R.L., Vaishnav A.S., Zoerb G.C.: Shear strength of wheat straw. Canadian Agricultural Engineering, 1983, Vol. 25, 2.
• [6] Malujda I., Talaśka K.: Testing of the shear strength of compressed material at increased temperature. Proceedings of the World Congress on Engineering, 2011, Vol. III WC, July, 2011, London, U.K. 6-8.
• [7] Malujda I., Wilczyński D.: Mechanical Properties Investigation of Natural Polymers. Procedia Engineering, 2016, 136. The 20th International Conference: Machine Modeling and Simulations, MMS 2015, 263-268.
• [8] Malujda I.: Modelowanie pól naprężeń i temperatury w procesach uplastyczniania i zagęszczania drewna zorientowane na potrzeby projektowania maszyn. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Rozprawy nr 464, 2012.
• [9] Mani S., Tabil L.G., Sokhansanj S.: Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass and Bioenergy, 2006, 30, 648-654.
• [10] Mani S., Tabil L.G., Sokhansanj S.: Evaluation of compaction equations applied to four biomass species. Canadian Biosystem Engineering, 2004, Vol. 46, 3, 55-61.
• [11] Mi J., Li X.-J.: Design and simulation analysis of industrial coal briquetting machine, Science and Technology, 2006, Vol. 37, 5, 986-990. [
• 12] Neville A.: Biomass cofiring: a promising new generation option. Power, 2011, 155(4), 52-56.
• [13] Rentizelas A.A., Tolis A.J., Tatsiopoulos I.P.: Logistics issues of biomass: the storage problem and the multi-biomass supply chain, Renewable and Sustainable Energy Rev., 2009, 13(4), 887-894.
• [14] Stelte W., Clemons C., Holm JK., Sanadi RA., Shang L., Ahrenfeldt J.: Pelletizing properties of torrefied spruce. Biomass and Bioenergy, 2011, 35(11), 4690-4698.
• [15] Talaśka K., Malujda I., Wilczyński D.: Agglomeration of Natural Fibrous Materials in Perpetual Screw Technique - a Challenge for Designer. Procedia Engineering, 2016, 136. The 20th International Conf.: Machine Modeling and Simulations, MMS 2015, 63-69.
• [16] Tolόn-Becerra A., Lastra-Bravo X, Bienvenido-Bárcena F.: Proposal for territorial distribution of the EU 2020 political renewable energy goal. Renewable Energy, 2011, 36(8), 2067-2077.
• [17] Tumuluru J.S., Wright C.T., Hess J.R., Kenney K.L.: A review of biomass densification systems to develop uniform feedstock commodities for bioenergy application. Biofuels Bioprod. Biorefin, 2011, 5(6), 683-707.
• [18] Wilczyński D., Malujda I., Talaśka K.: Experimental research on the effect of moisture content of fibrous materials on the agglomeration process parameters. Machine Dynamics Research, Warsaw University of Technology, 2014, Vol. 38, 3, 25-32.
• [19] Zhao Qing-ling, Chen Fu-jin, Wang Yang-yang, Zhang Bai-liang: Combustion Properties of Straw Briquettes. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 2013, 5(11), 3226-3229.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).