بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد کودهای گاوی مایع به همراه آب آبیاری یا تزریق و پخش در خاک، برای تامین مواد غذایی گیاه لازم است . از جمله مشکلات مدیریتی در گاوداریها، حمل و نقل کود به صورت دوغاب - slurry - و پمپاژ و انتقال آن به نقاط دوردست در مزرعه از طریق خطوط لوله است .خواص رئولوژی در طراحی و مدلسازی انتقال و فرآیند کود اهمیت دارند، خصوصاً زمانی که طراحی و بهینه سازی به صورت تجاری مد نظر باشد .
در این تحقیق خواص رئولوژیکی شامل چگالی و بالاخص ویسکوز یته ظاهری کود در سه سطح درصد مواد جامد 7 - TS% - ، 10 و 13 درصد و نیز برای کود مایع گرفته شده از یک جداساز کود - manure separator - در نرخ کرنش برشی 1/76 تا 225/28 - s−1 - با استفاده از یک رئومتر استوانه هم مرکز - مدل - Haake بدست آمد.
همچنین تاثیر دما بر ویسکوزیته ظاهری در پنج سطح 10 - ،21،30،40 و50 درجه سلیسیوس - در سرعتهای برشی متفاوت بدست آمد . نتایج نشان داد که کود گاوی یک سیال غیر نیوتنی است، زیرا ویسکوزیته بستگی به سرعت برشی داشت و نیز کود رفتاری مانند یک ماده رقیق شونده برشی - pseudoplastic - را دارد، اما در سرعتهای برشی بالاتر از 100 s−1 که اکثر فرایندها در جریان آشفته و نیز پمپاژ کود را شامل می شود، کود رفتار سیال نیوتنی داشت .
ویسکوزیته ظاهری در سرعت برشی 112/64 s−1 در دمای محیط 21 C به ترتیب برای 7 ،10 و 13درصد TS و مایع خروجی از جدا ساز، برابر 5/8،101/33، 323/9 و mPa.s 147/4 بود. با افزایش دما میزان ویسکوزیته ظاهری با مطابقت از معادله آرنیوس - - Arrhenius کاهش یافت. همچنین در این تحقیق اثرات دما و غلظت - % - TS بر ویسکوزیته ظاهری مدلسازی شده است.
مقدمه
مصرف کودهای دامی هم از نقطه نظر رعایت امور بهداشتی و هم از نظر توسعه کشاورزی پایدار مطرح می باشند.
دوغاب کودهای حیوانی در صورت ذخیرهسازی و مدیریت نامناسب میتواند به یک مشکل زیست محیطی تبدیل شو د که آبهای زیرزمینی و سطحی را آلوده میکند. از دهه 1960 تاکنون برداشت کود از گاوداریها به صورت مایع طرفداران زیادی پیدا کرده است فضولات. گاوی تقریباً 85 تا 87% رطوبت دارند.
این کودهای دامی به همراه دیگر فضولات دامی و زائدات گیاهی، به کودهای آلی تبدیل میشوند که مشکلات مدیریتی در جمع آوری کود، ذخیره سازی، عملیات روی کود و مصرف آن ایجاد می - کند، به طوری که %11 از انرژی مورد استفاده در دامداری ها صرف حمل و نقل کود می شود
در طراحی سیستمهای انتقال کود و عملیات جداسازی، خواص رئولوژی و حرارتی مهم میباشند
در صورتی که توسعه و طراحی علمی سیستم های انتقال و جداسازی مورد نظر باشد، روش های تعیین مشخصههای کود از جمله خواص انتقالی، سیالی و رئولوژی کود مورد نیاز است.
ویسکوزیته خصوصیتی است فیزیکی که بر روی نوع - رژیم - جریان و افت فشار برای یک سیال معین اثر گذار است . خواص رئولوژیکی اندازه و نوع و توان پمپ لازم را تعیین میکند.
چگالی کود بادرصد TS از %1 تا %99 را بدست آورد و نتیجه گرفت با افزایش %TS تا %16 چگالی افزایش خواهد یافت. همچنین برای کود های گاوی - شیری- نر - با 1 تا %14 جامد کود رفتاری غیر نیوتنی تر و دقیق تر رفتار سیال نرم شونده با برش دارد و انحراف از رفتار نیوتنی با افزایش %TS افزایش مییابد.
Chen و Shetler در سال 1983 اثرات دما بر ویسکوزیته دوغاب گاو شیری را با غلظت 2/5 تا %TS 19/5 در محدوده 14 تا 64 °C بررسی کردند که نتایج سیال نرم شونده با برش و کارا بودن مدل قانون توان برای توصیف رفتار سیال در محدوده سرعت برشی، بدست آمد .
El-Mashad و همکاران در سال 2005 خواص رئولوژی کود گاوی شیری غربال نشده در % TS حدود 10 و نیز بررسی اثر دما در محدوده 30 تا 60 درجه سلسیوس بدست آوردند . در این تحقیق رفتار رئولوژیکی کودهای گاوی - شیری - دست نخورده در محدوده دمایی10 تا 50°C با استفاده از یک رئومتر استوانه هم مرکز مطالعه شده است . هدف از این تحقیق بررسی اثر دما و غلظت بر خواص رئولوژی و مدلسازی ویسکوزیته با دما و غلظت میباشد.
مواد و روشها
کود مورد استفاده ، از گاوداری برجیان شهرستان فلاورجان اصفهان به صورت خام از محل نگهداری گاوهای شیری و به صورت تازه در بسته های پلاستیکی به صورت ایزوله به آزمایشگاه منتقل و در دمای ز یر 10C تا زمان مصرف نگهداری شد . برای بررسی تاثیر درصد جامد بر خواص رئولوژی کود، سه سطح غلظت 7، 10 و %13 و نیز یک نمونه مایع بدست آمده از فاضلاب یک سپراتور کود تجاری با درصد 10/ 89 % TS انتخاب شد. نمونهها با بدست آوردن رطوبت اولیه کود خام توسط آون - دمای 104 درجه سلسیوس و به مدت 24 ساعت - و استفاده از فرمول زیر و با اضافه کردن آب، به سه سطح رطوبتی رسانیده شد:
که t وزن نمونه قبل از خشک شدن و وزن نمونه بعد از در آوردن از آون و درصد رطوبت بر پایه تر است. با توجه به ثابت بودن وزن خشک یک نمونه، برای رطوبت در حالت ثانویه داریم:
اندازهگیری ویسکوزیته کود : آزمایشهای رئولوژیکی توسط یک رئومتر استوانه هم مرکز - شکل - 1 نوع تجاری Haake Rotovisco RV12MVIII ساخت آلمان در شرایط کنترل شده دما و سرعت برشی انجام شد
که مشخصات هندسی آن در جدول 1 آورده شده است .سرعتهای مختلف روتور نرخ کرنش های متفاوت را
ایجاد میکرد. بر طبق معادلات 3 تا 5 تنش برشی، نرخ کرنش و ویسکوزیته - mPa.s - محاسبه میشود:
که A فاکتور تنش برشی است که بستگی به نوع محرک و سنسور دستگاه دارد، M فاکتور نرخ برش ، G فاکتور هندسی دستگاه ، n سرعت واقعی - min −1 - و S مقدار اندازه گیری یا قرائت شده از دستگاه - scale - grad است. آزمایشها برای هر دما و هر غلظت در محدوده سرعت برشی 3/52 و 225/3 s−1 انجام شد.
مدل رئولوژیکی برازش شده از نمودار تنش برشی- نرخ کرنش برشی و دریافتن وابستگی پارامتر های
رئولوژیکی بدست آمده به دما و میزان مواد جامد توسط نرم افزار Excls2007 انجام شد.
برای کنترل و تثبیت دما از یک حمام بنماری و پمپ سیرکولاسیون آب و یک دماسنج جیوهای استفاده شد.
جدول-1 مشخصات فنی رئومتر
شکل-1 تصویر یک ویسکومتر استوانه هم مرکز
برای توصیف رفتار رئولوژیکی مواد معمولاً مدلهای مختلفی استفاده میشود که یکی از مدلهای پر کاربرد، مدل Ostwald-Waele است که به عنوان قانون توان شناخته میشود:
که تنش برشی، γ نرخ برش، K شاخص قوام و n شاخص رفتار سیال است. در حالتی که n=1 شاخص k به تغییر کرده و مدل سیال نیوتنی را خواهیم داشت.
مقدار n حساسیت ویسکوزیته سیال به نرخ برش را نشان می دهد. قانون توان بیانگر این است که چگونه ویسکوزیته با افزایش سرعت، کاهش می یابد. برای سیال رقیق شونده با برش محدوده n بین 0 تا 1 است. زمانی که n=1 سیال نیوتنی است و k بیانگر ویسکوزیته آن است . شاخص توان بیانگر میزان رفتار غیر نیوتنی یک سیال است. اگر n بین 1 تا 0/8باشد، سیال غالباً نیوتنی نامیده میشود و اگر n کمتر از 0/5 باشد، سیال مطمئنناً غیر نیوتنی است
.وابستگی ویسکوزیته ظاهری به دما غالباً با مدل آرنیوس - - Arrhenius توصیف می شودکه ویسکوزیته ظاهری و یاشاخص قوام k، µ∞ فاکتور نمایی - ثابت تجربی - ، Ea انرژی آزادسازی، R ثابت گازها و T دمای مطلق است. در صورتی که بتوان در محدوده دمایی مورد نظر مقدار ویسکوزیته در سه دما و یا بیشتر و نیز مقدار ثابت ها یعنی µ∞ و Ea R را تعیین کرد
