Лекции по техническим темам
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Електричний струм в електротехнологіях с.г. виробництва

1 Дії електричного струму

Дії електричного струму - це ті явища, які викликає електричний струм. По цих явищах можна судити "є" або "ні" в електричному ланцюзі струм.

Теплова дія струму.

- електричний струм викликає розігрівання металевих провідників (аж до свічення).

Хімічна дія струму.

- при проходженні електричного струму через електроліт можливе виділення речовин, що містяться в розчині, на електродах.- спостерігається в рідких провідниках.

Магнітна дія струму.

- провідник із струмом придбаває магнітні властивості.- спостерігається за наявності електричного струму в будь-яких провідниках (твердих, рідких, газоподібних).

Обробка кормів електричним струмом

Електричні властивості матеріалів, які обробляють залежно від вологості відрізняються таким чином:

- матеріали з вологістю до 50% - в їх питомій провідності важливу роль грає реактивна складова і діелектричні характеристики e і tgd;

- матеріали з вологістю 50-85% і більш характеризуються активною електричною провідністю.

Корми, що обробляються електричним струмом (подрібнені коренеплоди, солом'яне різання, зернофураж, кормові мішанки, харчові відходи), зволожуються 2-4% розчином соди з добавкою 1% NaCl до вологості 55-65%. Після такої обробки отримана волога маса по характеру провідності відноситься до матеріалів з активною електричною провідністю. Хоча тверді частки, наприклад, солом'яного різання і є діелектриками, але електричний ланцюг може замикатися через рідку фазу в обхід діелектричної твердої фази. Для електротермо-хімічної обробки найдоцільніше використовувати електричний струм з частотою не більше 1000 Гц. Електричний струм на корми робить не лише теплова, але і електрохімічна, і бактерицидна дія. Технологічне використання електричного струму засноване на електро-фізикохімічних явищах, що відбуваються в матеріалах в процесі проходження електричних зарядів через оброблювану масу. Об'ємне введення і висока концентрація електроенергії при електротермо-хімічній обробці дозволяє виробити рівномірне швидке і глибоке прогрівання оброблюваного матеріалу, що робить цей процес економічнішим. Електрофизікохімічне дія електричного струму призводить до зміни структурно-механічних і фізичних властивостей матеріалів, до масо обмінних процесів і плазмолізу. Хоча електричний струм низької частоти не призводить до хімічних перетворень в речовині, але посилює хімічні реакції гідролізу і інші фізико - хімічні процеси, які призводять до підвищення кормової цінності соломи в 2-3 рази а також підвищують їх засвоюваність організмом тварин в процесі переварювання. Бактерицидна забрудненість кормів оброблених електричним струмом в 2 рази нижче чим при обробці парою при 120-1300С, хоча температура при обробці електричним струмом не перевищує 70-900С, а час обробки скорочується з 2-3 годин до 15-20 хв. Обробку соломи з метою делігнізації ведуть 15-20 хв. при температурі 70-900С при напруженості електричного поля в між електродному просторі 800-1000 В/м, а допустима щільність струму залежить від виду оброблюваного матеріалу, матеріалу електродів, напруги мережі, принципу дії установки (безперервного або періодичного). При обробці коренеплодів і солом'яного різання допустима щільність струму на електродах jдоп=1000-1500 А/м2, для меляси - jдоп=500-1000 А/м2. Рекомендовані матеріали електродів - графіт, нержавіюча сталь, чорна сталь.

2. Знезараження сільськогосподарських середовищ

До знезаражуваних середовищ відносяться: ґрунт парників, гній, гнойові стоки. Процес знезараження проводять пропусканням через ці середовища електричного струму, який виявляє на середовище термічну, хімічну і бактерицидну дію. Процес реалізують за допомогою стаціонарних або пересувних установок. Грибкова мікрофлора в ґрунті знищується обробкою при 60-650С при напруженості електричного поля Е=5-7 кВ/м протягом 1,5-4 хв. оптимальна вологість ґрунту 25-30% витрата електричної енергії 25-30 кВт-год/м3. знезараження гною вимагає ще більших енерговитрат 50-60 кВт-год/м3 змінного струму. При знезараженні гною постійним електричним струмом процес супроводжується окрім нагріву до 60-650С електролізом і електрофлотацією при цьому енерговитрати скорочуються до 3-4 кВт-год/м3 при щільності електричного струму 3 кА/м2.

3. Застосування електроенергії і струму у ветеринарії

Гальванізація - лікування, слабкими електричними струмами додатком електродів до хворого місця. Лікування відбувається при напрузі 220/127В і щільності струму j=5А/м2, споживана потужність - 15 Вт.

Дарсонвалізація - лікування імпульсними струмами величиною не більше 15-20 мА з частотою 200-500 кГц, при напрузі U=20В. Використовують апарати "Іскра - 1" і "Ультраток" тривалість імпульсу 100мкс з інтервалом 0,02с.

Діатермія прогрівання глибоко лежачих тканин ендогенним теплом, що створюється електричними струмами від 1 до 3 А і що мають частоту 1-5 Гц при напрузі 200-250В. В результаті дії локально підвищується температура на 2-5(З, що призводить до розширення кровоносних судин, поліпшення кровопостачання і активації біологічних процесів.

УВЧ - терапія - лікування струмами зміщення частотою 30-300мГц. У нашій країні використовується апаратура з частотою 40,68мГц. При УВЧ-терапії кісткові, м'язові і жирові тканини нагріваються інтенсивніше, ніж кровоносні судини і лімфовузли, на цьому і заснована терапевтична дія процесу.

Мікрохвильова терапія - заснована на глибинній дії на кісткові і м'язові тканини електромагнітними хвилями з частотою 2375-2450 мГц отримуваними в магнетронах і що направляються на об'єкт обробки спеціальними випромінювачами.

Електронаркоз в електрохірургії - це знеболення змінним електричним струмом або імпульсним струмом. До електродів подається напруга з частотою 1 кГц з силою струму 80-100 мА, наприклад, для овець потрібна частота 5 кГц і сила струму 15-30 мА.

4. Стимуляція рослин електричним струмом

Електричний струм може стимулювати або пригноблювати зростання рослин. При експлуатації ліній електропередач помічено, що уздовж трас ліній електропередач рослини виглядають краще і пишніше чим в стороні від них. Позитивний вплив електризації ґрунту був відмічений ще Мічуриним при вирощуванні сіянців винограду, груші, яблунь і інших рослин. Дослідження Шустова в СПСХИ виявили, що урожай салату і редису можна підвищити на 40% якщо через грунт по 12часов в добу пропускати постійний електричний струм щільністю 0,1 А/м2 або змінний струм f=50Гц щільністю 5А/м2. перевищення вказаних величин веде до пригноблення рослин і зниження врожайності.

Електричні струми в зоні кореневої системи впливають на процеси ґрунтового живлення, а в атмосфері чинять вплив на процеси фотосинтезу. Під дією електричного струму поживні речовини швидше і легше засвоюються рослинами внаслідок електролізу. Крім того змінюється мікрофлора ґрунту. Натягуючи над рослинами металеву сітку, підключену до негативного полюса, а землю до позитивного полюса можна створити потенціал між землею і атмосферою. Який може стимулювати або пригноблювати рослини залежно від величини потенціалу. При певних величинах потенціалу може протікати процес плазмолізу в рослинах.

Боротьба з бур'янами струмами промислової частоти і НВЧ. Випробувана навісна установка на тракторі, що складається з висуненого вперед парасольки-сітки, такого, що служить негативним електродом і що знаходиться трохи вище за рослини, другий позитивний електрод тягнеться по землі. Між ними виникає електричне поле високої напруги, яке налаштоване на таку напруженість і частоту, при якій відбувається плазмоліз в бур'янах і вони гинуть, а при цьому культурним рослинам шкоди не наноситься. Обробка ведеться при напруженості електричного поля 2-5 кВ, швидкість обробки 1-4 км/год., ширина оброблюваної смуги 0,5 м. Витрати електроенергії 20-90 кВт-год/га. Засміченість посівів знижується на 80-90%.

Боротьба з бур'янами провокацією передчасного проростання обробкою струмами НВЧ. Установка схожа з попередньою тільки режим роботи інший: інші і напруженість електричного поля менша, оскільки мета не пригноблювати і вбивати, а стимулювати насіння бур'янів до проростання перед осінньою оранкою, щоб при оранці вони були знищені.

Промивання засоленого ґрунту з використанням електричного струму. Промивання солончаків за звичайною технологією вимагає 6-8 місяців і витрати прісної води складають 5-30 тис. м3. На меліорованій ділянці забивають стержні або труби, що виконують роль електродів діаметром 35-70 мм. Катоди забивають на глибину 3-5 м, аноди на глибину 0,6-1,8 м. Після заповнення ділянки промивною водою електроди підключають до випрямляючого пристрою і подають на електроди напругу 75-100 В щільність струму в ґрунті 1-10 А/м2 витрата електроенергії 5-20 тис. кВт-год/га. В результаті витрата промивальної води скорочується в 3 рази, термін промивання до 1-2 місяців.

Передпосівна електростимуляція насіння в електричному полі високої напруженості. Стимуляція потрібна для підвищення енергії проростання, підвищення їх схожості і врожайності, а так само стійкості до несприятливих умов погоди і довкілля. Електростимуляцію проводять між обкладаннями конденсатора при Е=1-4 кВ/см=100-400 кВ/м з витримкою 20-180 с. енергоємність обробки 30-60 Вт-год/тону. Врожайність рослин зернових з обробленого насіння зросла на 10-15%, зелена маса кукурудзи - на 25%.

5. Електричний струм в електролітах

Електричний струм в електролітах - це спрямований рух іонів в електричному полі, а проходження електричного струму в електроліті супроводжується поляризацією середовища, масо переносом і електрокінетичними явищами такими як ( електроосмос, електрофорез).

Поляризація - зміщення і вирівнювання електричних потенціалів під дією електричного поля. Поляризація буває електронна, іонна, міграційна, орієнтацій на.

Електроліз - це сукупність окислювально-відновлюваних реакцій, що протікають на електродах, поміщених в електроліт при проходженні через нього постійного електричного струму.

Електроосмос - це рух рідини через капіляр або пористу діафрагму під дією сил зовнішнього електричного поля. Електроосмос обумовлений тим, що на межі двох фаз ( твердою і рідкою) за рахунок перерозподілу електричних зарядів утворюється подвійний електричний шар. Якщо уздовж межі цих середовищ прикласти різницю потенціалів від зовнішнього джерела, то заряджений шар рідини під дією сил зовнішнього поля переміщатиметься убік протилежно зарядженого джерела, захоплюючи за собою за рахунок внутрішнього тертя і шари незарядженої рідини. Так виникає рух рідини відносно твердої фази.

Електрофорез - це рух часток твердої фази суспензії разом з адсорбованими на їх поверхні іонами, які під дією сил зовнішнього електричного поля переміщатимуться убік протилежно зарядженого полюса.

Електрокоагуляція - згущування, злипання часток в дисперсних системах і особливо в колоїдних розчинах викликане зовнішньою дією (додаванням електролітів - коагулянтів, анодним розчиненням алюмінію і заліза з утворенням колоїдних розчинів Al(OH)3 або Fe(OH)3 ); підвищенням температури і інших чинників. Процес особливо широко застосовується для очищення води від дрібних зважених часток. Електрокоагуляція відбувається пропусканням електричного струму щільністю 10-40 А/м2, завдяки цьому витрата коагулянтів скорочується в 2 рази.

Електродиаліз - перенесення іонів через іоноселективні мембрани під впливом зовнішнього електричного поля. Прикладом є очищення засоленої води процесом електродіалізу представленим на рис. 1.

Електродиаліз - перенесення іонів через іоноселективні мембрани під впливом зовнішнього електричного поля. Прикладом є очищення засоленої води процесом електродіалізу представлени
Католітовий (лужний р-р) може бути використаний як миючий засіб, крім того прискорює біопроцеси силосування, процеси приготування бетону та ін.Анолітовий р-р (кислий) має хороші активуючі властивості що загоюють рани, вбиває бактерії, стимулює процеси регенерації і розвиток клітин живих організмів.

Електроплазмоліз - суть процесу полягає в наступному: соковіддача рослинної сировини залежить від первинної проникності протоплазмової оболонки і її здатності протистояти зовнішнім діям (в процесі обробки і пресування), отже, будь-які зовнішні дії, що призводять до ушкодження протоплазми і підвищення її проникності призводять до підвищення соковіддачі.

Існує безліч способів ушкодження протоплазмових оболонок : механічні, термічні, ферментні, променеві і інші. Але тільки електричний метод відрізняється простотою апаратурного оформлення і мінімальним часом обробки.

Встановлено, що обробка рослинної сировини змінним струмом напругою 220В промислової частоти призводить до миттєвої загибелі протоплазми, із зростанням соковіддачі при пресуванні.

Електроплазмоліз - дістав назву із-за відшаровування протопласти клітини від її оболонки, що супроводжується стискуванням протоплазми внаслідок чого звільняється пов'язана усередині клітини вода, чим прискорюються процеси сушки, а також покращується соковиділення при переробці сільгосппродукції (фруктів і овочів). Плазмоліз проводять в спеціальних електроплазмолізаторах вальцевого типу. Два циліндри - електроди обертаються один назустріч одному один підключений до позитивного, а інший до негативного полюса в проміжок завтовшки 5-6 мм між вальцями поміщається оброблюваний матеріал. Напруженість електричного поля між вальцями Е=700 В/см=70 кВ/м швидкість проходження матеріалу між вальцями 30 м/с. В процесі обробки матеріал піддається роздавлюванню валяннями, і обробці електричним полем високої напруги, а також електричним струмом що проходить через нього між вальцями.

На відміну від термолізу електроплазмол не руйнує стінки клітин, тому виключає перехід пектинових речовин в сік і утворює більші фрагменти оболонок, які легко затримуються стінками клітин.

Ефективність електроплазмолізу залежить від:

- градієнта напруги;

- тривалість обробки;

- температури;

- від електрофізичних властивостей рослинної сировини і не залежить від частоти електричного струму.

Із збільшенням градієнта напруги, тривалість електроплазмолізу скорочується, причому залежність ця носить назад квадратичний характер.

де К - частотний коефіцієнт, що характеризує плазмоліз, В2с/см2;

Е2 - напруженість електромагнітного поля В/см, рекомендується