Гипотеза:
Существование проблемы работы снегоплавильных установок при утилизации снега и отделении посторонних предметов при работе из-за засорения фильтров мелким мусором.
Цель проекта:
Исследовать физико-химические свойства снега, поиск способов отделения твердых бытовых отходов во время плавки снега в снегоплавильных камер.
Задачи проекта:
В нашей стране с утилизацией снежных насыпей всегда возникали сложности — не только из-за крупных объемов снега и льда, но также из-за его высокой плотности и загрязненности.
Снегоплавильная установка – это полностью автоматизированное снегоочистительное оборудование, гарантирующее быстрое уничтожение снега и льда. Применение такого оборудования гарантирует оперативность при утилизации снега (скорость очищения и разгребания снежных куч, по сравнению с обычными методами вывоза снега, увеличивается в 2-3 раза).
Основная проблема, с которой сталкиваются специалисты при плавлении снега – грязь и посторонние предметы, которые выпадают из снега и заполняют собой полезный объём снегоплавильной камеры.
Паспорт проектной работы.
«Снегоплавильные мобильные установки. Проблема утилизации снега и замусоренного снега».
Авторы – Чемесов Александр Сергеевич, Когтев Сергей Алексеевич, 9 класс «А»
Научный руководитель – Титова Светлана Борисовна, учитель химии.
Гипотеза:
Существование проблемы работы снегоплавильных установок при утилизации снега и отделении посторонних предметов при работе из-за засорения фильтров мелким мусором.
Цель проекта:
Исследовать физико-химические свойства снега, поиск способов отделения твердых бытовых отходов во время плавки снега в снегоплавильных камер.
Задачи проекта:
Материально-техническое обеспечение проекта:
Оглавление.
Введение. Слайд 2
8 автомобилей из 10, попавших в аварию в холодный сезон, могли бы благополучно добраться до места назначения. Около сотни тысяч человек каждую зиму могли бы не узнать, что такое перелом, боль в суставах, частичная или полная потеря подвижности. Могли бы, если бы на улицах городов зимой не было бы гололеда. То, что снег и лед – неизбежное зло, с которым в России приходится мириться, как минимум 5, а где-то и 9 месяцев в году, никто не спорит.
В нашей стране с утилизацией снежных насыпей всегда возникали сложности — не только из-за крупных объемов снега и льда, но также из-за его высокой плотности и загрязненности.
Снегоплавильная установка – это полностью автоматизированное снегоочистительное оборудование, гарантирующее быстрое уничтожение снега и льда. Применение такого оборудования гарантирует оперативность при утилизации снега (скорость очищения и разгребания снежных куч, по сравнению с обычными методами вывоза снега, увеличивается в 2-3 раза).
Основная проблема, с которой сталкиваются специалисты при плавлении снега – грязь и посторонние предметы, которые выпадают из снега и заполняют собой полезный объём снегоплавильной камеры.
Это стало темой нашего исследования, мы решили изучить физико-химические свойства снега, как классифицируется снег, какие снегоплавильные аппараты и машины существуют в нашей стране и зарубежом. Найти их достоинства и способы устранения недостатков.
Теоретическая часть.
Аналоги снегоплавильных установок в России Слайд 3 4 5
1. ЗАО ВНИИстройдормаш
Преимуществ у машин, разработанных компанией:
-свободная транспортировка снегоплавильной установки по магистралям;
-работа до восьми часов на одной заправке;
-возможность работы снеготаялки, как от бортовой электростанции, так и от электросети. В последнем случае значительно снижается себестоимость плавления снега, а также уменьшается шум при работе;
-эффективная утилизация снега с улиц, дворов, магистралей и других открытых площадок;
-быстрая транспортировка и подготовка к работе.
Все снегоплавильные установки, производства ЗАО ВНИИстройдормаш, работают по единому принципу, который напоминает функционирование водогрейного котла, когда талая вода и выхлопы разделяются, что препятствует загрязнению
2. Металлист – ОСА
Снегоплавильные машины УМС - это полностью автономные, самоходные агрегаты на базе автомобильных шасси КАМАЗ. Могут использоваться и другие шасси, подходящие по габаритам и грузоподъемности.
На снегоплавильных машинах УМС-К2500 применяется механизированная выгрузка накопившегося твердого осадка.
Очистка снегоплавильного бункера производится по мере накопления твердого осадка. Для этого необходимо остановить насосы, отключить электропитание, слить талую воду в канализацию. Удаление твердого осадка производится вручную.
Возможно плавление снега в движении. В этом случае слив талой воды осуществляется в автоцистерну, которая следует за снегоплавильной машиной на прицепе.
3. Снегоплавильные установки «ТОТЕМ» предназначены для утилизации снега на территориях различного назначения (парковки, автостоянки, промышленные площадки, складские территории, городские улицы, аэропорты и пр.). Единственное требование — наличие ливневой канализации или иного способа для утилизации талой воды. При этом никаких специальных средств и приспособлений для подсоединения снеготаялки к "ливневке" не требуется.
Основной недостаток данного типа снегоплавильных машин заключается в недостаточно мощной системе фильтрации мусора, то есть в невозможности нормальной переработки снежных масс с крупными сосредоточениями мусора.
Установка не всегда справляется с большими объемами посторонних предметов.
Аналоги снегоплавильных машин за рубежом. Слайд 6
Наиболее функциональные и производительные установки предлагают канадские разработчики. В частности, себя неплохо зарекомендовали модели, работающие на базе погружных горелок. К преимуществам такого оборудования стоит отнести высокую эффективность термического процесса. В конструкции используется горелка, размещенная в воде, поэтому реализуется прямой контакт пламени с водой в специальной камере. Данная конфигурация практически исключает тепловые потери. Кроме функции традиционных горелок Г-образной формы, установка снегоплавильная канадского происхождения способна обеспечивать и «сухой пуск» без предварительного наполнения бункера водой. Под погружными нагревательными элементами предусматривается много свободного пространства, которое используется для сбора мусора. Пожалуй, это главное положительное отличие данной снеготаялки от отечественной конструкции. В процессе использования таких машин практически не возникает проблем с засорами, так как мусор удаляется через специальный люк, расположенный в задней части агрегата.
Недостатком установки являются большие габариты, сокращающие мобильность и возможные места использования.
Снег является сложным веществом, рассчитать такой параметр, как удельный вес снега самостоятельно в полевых условиях не представляется возможным. Эти вычисления проводятся с помощью специальных приборов или в лаборатории. Однако, при этом, его средний удельный вес известен и равен значениям в таблице, которая поможет облегчить процесс подсчетов таких параметров, как вес сухого снега и вес мокрого снега.
Слайд 7
Виды снега:
Сухие виды снега - это:
1)порошкообразный снег;
2) лежалый и мучнистый снег;
3) крупчатка;
4) изморозь;
5) наст.
Мокрые виды снега - это:
1) мокрый мелкозернистый снег (клейкий снег);
2) мокрая крупчатка;
3) мокрый свежевыпавший снег;
4) фирн;
5) мокрый лежалый снег.
От 1 к 5 снежные зерна увеличиваются в размерах.
Практическая часть. Слайд 8 9 10 11
Сейчас в крупных городах с проблемой снега борются таким способом: сначала снег погружается в кузов машин, они доезжают до ближайшего завода по переработке снега , снег сбрасывается и топится . Затем происходит процесс очистки . Это затратно и долго , в отличие от нашего варианта .
За раз грузовая машина может везти до 22 кубических метров снега. Это подразумевает затраты на бензин , а в дальнейшем затраты на топку. Снеготоп-1 позволяет топить 9м 3, используя до 10-15 литров бензина. В добавок, эта машина мобильна.
Мы предлагаем вам один из вариантов решения этой проблемы, а именно воплотить в жизнь наш проект по созданию Снеготопа-1 . Эта машина будет топить снег и лед , отделяя ТБО . После , полученная вода будет сливаться в ближайшие ливневые сливы или же отвозиться на машинах с цистернами .
В кузов газели будет помещено это устройство. Когда снег закидывают внутрь, то он попадает на листы, в полости которых проходят трубы . Между листами имеются щели ,в которые стекает полученная вода . Если накапливается мусор , то в действие вступает поршень и сдвигает мусор в контейнер. Листы нагреваются за счет раскаленного газа , полученный в ходе работы двигателя внутреннего сгорания и электронагревательного элемента. Известно , что не столько вредит атмосфере газ , сколько его температура. Наша система топит снег и тем самым охлаждает газ, поэтому мы практически не вредим атмосфере.
Вода стекает вниз, а затем насосом подается либо в машину с цистерной, либо в коллекторы.
Получается, что наша машина позволяет быстро и недорого растопить и утилизировать снег со льдом.
Техническая характеристика:
Производительность – 6 м³ / час
Вместимость плавильной камеры – 9 м³
Максимальный расход топлива – до 3-4 л/ м³ снега
Габариты (д/ш/в) – 4300×2000×2000
Стабильная работа при температуре до -30°С
Плотность снега Слайд 12 13
Такое понятие, как плотность принято считать количество массы, помещаемое в метре кубическом. Данный параметр очень неоднозначен, так расчет зависит от множества факторов. Основным из них является температура. Естественно, когда дело касается снега, при повышении температуры плотность будет расти до превращения в жидкую субстанцию – воду.
На практике это означает что мокрый снег несет большую нагрузку на поверхность.
1) 2) V
3) p
Удельный вес и вес 1 м3 снега в зависимости от единиц измерения | Пос. Октябрьский, г. Люберцы | ||
Материал | Удельный вес (г/см3) | Вес 1 м3 (кг) | |
Сухой снег | 0.125 | 125 | |
Мокрый снег | до 0.95 | до 950 | |
Свежевыпавший пушистый сухой | от 0,030 до 0,060 | от 30 до 60 | |
Мокрый свежевыпавший | от 0,060 до 0,150 | от 60 до 150 | |
Свежевыпавший осевший | от 0,2 до 0,3 | от 200 до 300 | |
Ветрового (метелевого) переноса | от 0,2 до 0,3 | от 200 до 300 | |
Сухого осевшего старого | от 0,3 до 0,5 | от 300 до 500 | |
Мокрого старого | от 0,6 до 0,8 | от 600 до 800 | |
Сухого фирна | от 0,5 до 0,6 | от 500 до 600 | нет |
Мокрого фирна | от 0,4 до 0,8 | от 400 до 800 | нет |
Глетчерного льда | от 0,8 до 0,96 | от 800 до 960 | нет |
Глетчерный лёд (ледниковый лёд) лёд, возникающий из снега в областях выше снеговой линии. Снег сначала превращается в фирн (зернистый снег) при участии процессов сублимации и перекристаллизации. Затем нижние слои фирна, прессуясь под давлением вышележащих, превращаются в белый фирновый лёд, а последний — в глетчерный лёд, конечный продукт превращений снежного покрова в горах.
Фирн (нем. Firn, от древневерхненем. firni - прошлогодний, старый) крупнозернистый уплотнённый снег, состоящий из связанных между собой ледяных зёрен. Являясь переходной стадией между Снегом и льдом (См. Лёд), Ф. образуется в горных областях, расположенных выше снеговой границы, и в полярных странах, где атмосферные осадки выпадают преимущественно в виде снега и за лето не успевают растаять.
Расчетная часть
При нашей проектировке внутренний объем равен 9 кубическим метрам.
Удельную теплопроводность, тепло плавления и горения взяты из интернет источников, а температуру улицы в - 30˚С.
Расчетные формулы:
Q=mc t - количество тепла для изменения температуры;
Q=mλ - количество тепла для плавления;
Q=mq - количество тепла при сгорании топлива;
m=vP - масса от объема и плотности;
t=s/ ῡ - время от расстояния и скорости;
N=A/t - мощность;
t=A/N - время от работы и мощности;
Затраты топлива
с воды = 4200 (Дж);
с льда = 2100 (Дж);
λ льда = 330 (кДж);
q бензина = 44 (МДж);
V снега =9(м3); Δt =30;
Сухой снег
Q= 125 · 9 · 30 · 2100 + 125 · 9 · 330000 = 442125000 (Дж)
m = 442125000 / 44000000 ~ 10,05 (кг) - затрата бензина
Затраты времени
Расход ГАЗели 20 литров на 100км при примерной скорости 60км/ч
100/60 ~ 1.7(ч) ~ 6120 (c) - время, за которое расходуется ~ 20 л бензина
В 1 литре бензина 0,75 кг
0,75·20·44000000=660000000 (Дж) - тепловая работа двигателя
660000000 / 6120~107843 (Вт) - тепловая мощность двигателя
10,05·44000000 = 442200000(Дж) - требуемое для растопки 9 кубов снега тепло
442200000 / 107843 ~ 4100(с) ~ 1,13 (ч) - время, требуемое для растопки 9 кубов снега.
Заключение
Изучая материал по данной тематике, мы пришли к выводу, что снегоплавильные установки или машины — это оборудование, предназначенное для оперативной растопки и для плавления снега на месте его сбора будь то частная территория или муниципальный открытый или закрытый объект.
Главным условием, помимо присутствия объемных заснеженных масс, является наличие доступа к ливневой канализации.
Снегоплавильни можно применять:
-во дворах жилых домов;
-в городских парках;
-на уличных площадях;
-в торговых комплексах,
-в бизнес-центрах;
-в гостиницах и отелях;
-на взлетно-посадочных полосах аэродромов;
-стоянках;
-автомагистралях.
Охват применения данного оборудования очень широк — это любая заснеженная область, имеющая городскую инфраструктуру.
15 слайд фото практики
Наша машина малогабаритна, малобюджетна и проста в устройстве и использовании!
Приложение
Список использованной литературы.
Слайд 1
Снегоплавильная мобильная установка Авторы: Когтев Сергей Алексеевич Чемесов Александр Сергеевич МОУ школа № 54 класс 9 «А» Научный руководитель: Титова Светлана Борисовна учитель химии Научно - практической конференции школьников городского округа Люберцы «Юность, наука, культура» 2018 годСлайд 2
Борьба со снежным покровом только со стороны кажется простым мероприятием, с которым должны без проблем управляться коммунальные службы . Но далеко не всегда уборка снега обеспечивает приемлемый результат.
Слайд 3
Аналоги снегоплавильных установок в России ЗАО ВНИИстройдормаш 2. Снегоплавильная установка ОСА, КБЭМ «Металлист-ОСА».
Слайд 4
3. Снегоплавильна я установка «ТОТЕМ» Аналоги снегоплавильных установок за рубежом
Слайд 5
Сухие виды снега - это: порошкообразный снег; 2 ) лежалый и мучнистый снег ; 3 ) крупчатка; 4 ) изморозь; 5 ) наст. Мокрые виды снега - это: 1) мокрый мелкозернистый снег ( клейкий снег); 2 ) мокрая крупчатка; 3 ) мокрый свежевыпавший снег ; 4 ) фирн; 5 ) мокрый лежалый снег. снежные зерна увеличиваются в размерах. c нег Гранулированный снег фирн Ледниковый снег Сухие и влажные виды снега.
Слайд 6
Все последующие вычисления и проектировки основывались на грузовом автомобиле ГАЗ. СНЕГОТОП-1
Слайд 7
СНЕГОТОП-1. Вид сверху А – листы трубы Б – поршень В – контейнер для ТБО
Слайд 8
Справа
Слайд 9
План работы снегоплавильной машины нашей конструкции
Слайд 10
Удельный вес и вес 1 м 3 снега в зависимости от единиц измерения Пос. Октябрьский, г. Люберцы Материал Удельный вес (г/см 3 ) Вес 1 м3 (кг) Сухой снег 0.125 125 есть Мокрый снег до 0.95 до 950 есть Свежевыпавший пушистый сухой от 0,030 до 0,060 от 30 до 60 есть Мокрый свежевыпавший от 0,060 до 0,150 от 60 до 150 есть Свежевыпавший осевший от 0,2 до 0,3 от 200 до 300 есть Ветрового ( метелевого ) переноса от 0,2 до 0,3 от 200 до 300 есть Сухого осевшего старого от 0,3 до 0,5 от 300 до 500 есть Сухого фирна от 0,5 до 0,6 от 500 до 600 нет Мокрого старого от 0,6 до 0,8 от 600 до 800 есть Мокрого фирна от 0,4 до 0,8 от 400 до 800 нет Глетчерного льда от 0,8 до 0,96 от 800 до 960 нет
Слайд 11
Расчеты Расчетные формулы : Q = mct - количество тепла для изменения температуры; Q = m λ - количество тепла для плавления; Q = mq - количество тепла при сгорании топлива; m = vP - масса от объема и плотности; t = s / ῡ - время от расстояния и скорости; N = A / t - мощность ; t = A / N - время от работы и мощности; Затраты топлива Сухой снег: Q=125·9·30·2100+125·9·330000=442125000 (Дж) Затраты бензина m=442125000/44000000~10,05 (кг) ~13 ,4(л)
Слайд 12
Затраты времени Расход ГАЗели 20 литров на 100 км при примерной скорости 60км/ч; 100/60~1.7(ч)~6120( c ) - время , за которое расходуется ~ 20 л бензина; В 1 литре бензина 0,75 кг 0,75·20·44000000=660000000(Дж) - тепловая работа двигателя; 660000000/6120~107843(Вт ) - тепловая мощность двигателя; 10.05·44000000=442200000(Дж) - требуемое для растопки 9 кубов снега тепло; 442200000/107843~4100(с)~1,13(ч ) - время , требуемое для растопки 9 кубов снега.
У меня в портфеле
Волшебная фортепианная музыка
Л. Нечаев. Яма
Плавает ли канцелярская скрепка?
Рисуем одуванчики гуашью (картина за 3 минуты)