Azienda zootecnica con impianto a biogas - Tesina per istituto tecnico agrario

Presentazione progetto

Oggetto: lavori di costruzione di una stalla per bovine da latte e di un impianto di biogas.

Il progettista:

Bruscagin Marco

Premessa

A

Premess

I lavori in oggetto riguardano la costruzione di una stalla per bovine da latte e di un digestore a biomasse per la produzione di energia elettrica.

L’area interessata si trova in comune di Baone, raggiungibile agevolmente dalla Strada Comunale “via Rana”.

I terreni hanno forma pressoché rettangolare con andamento pianeggiante e sono delimitati a nord, sud e ovest da un capofosso di scolo delle acque superficiali e a est dalla Strada comunale via Rana.

L’area limitrofa è costituita da un sistema agricolo di pianura coltivato e ben tenuto.

La superficie destinata all’intervento è attualmente interamente coltivata a seminativo.

Il territorio circostante, in cui s’inserisce la zona d’intervento, è costituito da un sistema agricolo di pianura coltivato e caratterizzato principalmente dalla presenza di case coloniche sparse.

Nelle immediate vicinanze si rilevano insediamenti edilizi di modeste dimensioni costituiti da case coloniche e annessi agricoli.

I terreni circostanti sono tutti coltivati a seminativo con rotazione colturale, ad eccezione di alcuni appezzamenti su cui sono stati impiantati dei vigneti; non si rilevano particolari situazioni di pregio ambientale con cui il nuovo insediamento potrebbe contrastare. Ossia.

La normativa del P.R.G. (tav. 13-1 foglio 02) individua l’immobile all’interno della zona E, della zona di promozione agricola.

All’interno di tale zona, gli interventi per la costruzione dell’insediamento devono tener conto delle esigenze di tutela e valorizzazione del paesaggio agricolo e di salvaguardia dell’ambiente. 1

Criteri progettuali

Ali

Progettu

Il progetto riguarda la costruzione di una stalla a stabulazione libera che permetterà l’allevamento di n°100 capi di bovine da latte di razza Frisona, affiancato da un generatore elettrico a biomasse della potenza di 1.000 kW/ora.

La progettazione spaziale dell’intervento, oltre che dei criteri dettati dal P.R.G., ha tenuto conto dello stato dei luoghi: la viabilità esistente, i fabbricati limitrofi e il sistema della regimazione delle acque superficiali.

Schema planimetrico

L’area destinata all’insediamento del nuovo allevamento di bestiame è stata ubicata a ovest rispetto ad un’unità abitativa e vi si accede da una piccola strada privata che affianca quest’ultima.

L’insediamento produttivo sarà composto principalmente da due zone distinte: una più costruita in cui saranno inseriti i fabbricati necessari all’allevamento e l’altra dove verrà installato il biodigestore. Il centro aziendale sarà composto di un fabbricato per i servizi aziendali con uffici, la stalla con annessa concimaia e biodigestore; sono inoltre presenti, un fienile, quattro silos orizzontali per il deposito sia della biomassa che degli alimenti dei bovini, cinque silos verticali ed un ricovero attrezzi.

Il paddock sarà a diretto contatto della stalla, poiché sarà utilizzato per lo spostamento del bestiame per agevolare le manovre di pulizia della stessa.

La distribuzione planimetrica degli edifici ha tenuto conto sia della situazione ambientale dei luoghi sia delle moderne tecniche di allevamento.

Lo schema planimetrico adottato permette anche un’agevole distribuzione dei flussi veicolari all’interno dell’area, poiché si troveranno a far manovra sia i mezzi dell’azienda, quali trattori e piccoli camion, che i mezzi per il rifornimento degli sfarinati.

Insediamenti edilizi

Come sopra esposto, l’intervento prevede la realizzazione del centro aziendale composto da alcuni fabbricati di modeste dimensioni: una stalla con uffici, un ricovero attrezzi con annesso fienile, cinque silos verticali e quattro silos a trincea, due digestori, un container contenente il motore, un centro di controllo dell’impianto compreso tra i digestori.

Sistemazioni esterne

Le opere di progetto manterranno le sistemazioni idraulico-agrarie tradizionali limitando l’impatto sul reticolo drenante locale.

Fatto salvo quanto sopra, si ritiene comunque di proteggere i manufatti in progetto da possibili fenomeni localizzati di ristagno, per mezzo di una modesta sopraelevazione (cm. 20 – 30) della quota di calpestio dal piano attuale di campagna.

Per limitare l’impatto ambientale dell’opera sul reticolo idrografico attualmente in uso si provvederà a ritardare i tempi di corrivazione delle acque meteoriche intercettate dalla copertura dei fabbricati nel collettore principale, veicolandole prima in canalette di smaltimento in terra, in modo da consentire una certa infiltrazione nel terreno. 2

Progetto

Il plesso stalla è pressoché simmetrico rispetto alla corsia di foraggiamento. Sostanzialmente l’area destinata alla stabulazione delle bovine si divide in tre parti: la corsia di alimentazione e di servizio, la zona riposo e un paddock presente solo nella parte ovest della struttura. L’edificio presenta una struttura aperta.

L’asse principale della stalla ha orientamento nord-sud, con i locali accessori orientati a nord.

Nel lato nord-ovest si trovano: un ufficio, uno spogliatoio, la sala di mungitura e la sala del latte. Questi sono realizzati in un corpo di muratura, autonomo anche se annesso alla stalla.

Nella parte nord-est invece sono situati: l’infermeria, la sala parto e un box per vitelli. Questi ultimi sono protetti da pareti in muratura, più semplice dei locali accessori.

Il biodigestore sarà posto nella parte nord-ovest dell’azienda per permettere un collegamento più semplice con la concimaia posta a sud-ovest rispetto la stalla.

Il ricovero attrezzi verrà, invece, posizionato ad est rispetto la stalla, insieme ai silos verticali mentre i silos orizzontali verranno posti a nord rispetto alla buca di carico del digestore per facilitare le operazioni di carico. 3

Caratteristiche della stalla

Materiali

I materiali usati per la costruzione sono:

• Le fondamenta a plinto saranno realizzate in cemento armato.
• La muratura dei locali accessori sarà realizzata in mattoni di laterizio e calcestruzzo aerato autoclavato, opportunamente isolata, e in seguito intonacata.
• La muratura dei box destinati al parto, infermeria e vitelli, sarà realizzata in mattoni.
• La struttura portante sarà realizzata utilizzando colonne, travi e omega in acciaio zincato.
• Il tetto dei locali è costituito da due falde ricoperte in coppi tradizionali.
• La copertura della stalla invece è sempre a due falde, ricoperta in fibro-cemento.
• La pavimentazione sarà in cemento armato, rigato nel caso dello spazio destinato alle bovine.

La zona destinata agli operatori invece sarà pavimentata utilizzando delle piastrelle in laterizio.

Descrizione dei materiali impiegati

- Mattoni in laterizio: le murature saranno costruite con mattoni forati in laterizio utilizzando blocchi di dimensione di 30x25x19 per ottenere muri perimetrali dello spessore di 30 cm mentre per i muri di spina saranno utilizzati dei blocchi di dimensioni 10x30x19.

- Calcestruzzo aerato autoclavato: è un materiale molto resistente e allo stesso tempo leggero, il suo peso specifico a secco è generalmente compreso tra 350 e 675 kN/m³. Inoltre possiede un elevatissimo potere coibentante (valori di conduttività termica compresi tra 0,08 e 0,14 W/mK, a seconda delle diverse densità), uniforme in ogni lato.

A parità d’isolamento termico rispetto al laterizio tradizionale il peso della muratura è sensibilmente inferiore.

Il valore di resistenza alla compressione permette la costruzione di edifici fino a tre piani fuori terra senza l'utilizzo di strutture in cemento armato, con conseguente assenza di ponti termici.

Il blocco di base è generalmente di lunghezza 62 cm e altezza 25 cm, con vari spessori.

- Intonaco: l’intonaco sarà realizzato in due strati: il primo per permettere di pareggiare le irregolarità utilizzando una malta più grossolana; nel secondo verrà realizzato utilizzando delle malte più fine per ottenere una parete liscia. L’intonaco esterno sarà invece realizzato con malta di calce eminentemente idraulica e successivamente rivestita in siliconato.

- Strutture di acciaio zincato: la scelta all’utilizzo dell’acciaio zincato per la realizzazione della struttura portante è dovuta alla facilità e alla rapidità dell’assemblaggio dei vari elementi. Molto importante è pure la facilità della pulizia di tale struttura.

- Fibro-cemento: la copertura della stalla saranno utilizzate lastre in fibro-cemento per la facilità di messa in posa e resistenza alle intemperie.

- Isolanti termici: saranno predisposti dei pannelli in silicato di calcio internamente ai muri perimetrali degli uffici, spogliatoi. Sono dei pannelli isolanti in materiale ad alta porosità. Il λ varia dagli 0,05 agli 0,07 W/mK.

Valore.

- Pavimentazioni: l’intero plesso sarà pavimentato in cemento, nel caso dei locali accessori sarà in seguito piastrellato; le zone dedicate al bestiame saranno rigate per evitare cadute da parte delle vacche.

- Cancelli e battifianchi: tutti i cancelli e battifianchi saranno di forma tubolare di acciaio zincato. 4

Gli impianti

Impianto elettrico

o

L’impianto elettrico permetterà l’uso agevolato di qualsiasi apparecchio elettrico in tutta la stalla, rispettando tutte le norme di sicurezza.

Per l’illuminazione interna saranno utilizzate lampade a fluorescenza per ottenere una resa maggiore, con meno spreco di energia sottoforma di calore, permettendo un risparmio energetico rispetto alle tradizionali lampade.

L’illuminazione esterna e delle zone destinate alle bovine sarà garantita da fari alogeni.

Impianto idrico

o

L’impianto idrico, sarà costituito dalla rete di distribuzione interna che parte dall’acquedotto.

Questo impianto permette di dividere l’acqua nell’impianto igienico-sanitario, la rete di acqua potabile e dell’acqua calda e quello degli usi esterni.

Le tubazioni saranno poste sulle pareti per facilitare eventuali lavori di manodopera; nel caso della distribuzione dell’acqua dei servizi igienici, le tubazioni saranno installate a pavimento ricoperte da guaine di materiale plastico che ne permetteranno l’estrazione senza provocare rotture di muri e pavimenti.

Per l’abbeveramento delle vacche saranno disposti degli abbeveratoi a un’altezza di 60 cm distribuiti principalmente nella corsia di alimentazione. Gli abbeveratoi saranno predisposti di un sistema antigelo.

Impianto di riscaldamento

o

L’impianto di riscaldamento, sarà dedicato solo ai locali accessori. Si sfrutterà l’energia termica prodotta dal cogeneratore, mediante il riscaldamento dell’acqua, che viene collegato al centro aziendale mediante delle apposite tubature in acciaio rivestite da opportune guaine isolanti collegate a radiatori in ghisa dotati di valvole termostatiche.

Impianto di mungitura

o La sala di mungitura prevede uno schema a tandem a sei posti. L’accesso per i bovini avviene attraverso una sala d’attesa che permetterà ad un operatore la pulizia delle bovine prima di entrare nella sala così da garantire una migliore sanità del prodotto; l’operatore potrà accedervi dalla sala del latte.

L’addetto alla mungitura sarà posto in una fossa di quota inferiore di 80 cm rispetto il piano dei bovini, di una larghezza di 2,5 m.

Annessa alla sala c’e la sala del latte dove sarà disposta la cisterna di refrigerazione e il sistema di pompaggio del vuoto.

La pulizia degli organi di mungitura è effettuata secondo un sistema di circolo interno di acqua calda.

Sia la sala di mungitura che quella del latte, per rispondere alle esigenze igieniche, saranno piastrellate fino a un’altezza di due metri.

Impianto per il trattamento di liquami

o

L’accumulo per il successivo utilizzo delle deiezioni avviene in una concimaia dalla capacità utile di 500 mc collegata con la stalla mediante un sistema di canaline interrate.

La pulizia all’interno della stalla sarà effettuata mediante raschiatori a farfalla per le corsie di riposo, mentre nel paddock e nelle corsie di servizio saranno impiegati raschiatori “a lama ribaltabile”.

La concimaia sarà collegata ad entrambi i digestori attraverso un sistema di pompe.

Sistema di alimentazione

o L’alimentazione mediante insilati e foraggio sarà distribuita nella corsia di foraggiamento mediante carro miscelatore mediante la tecnica unifeed.

Gli integratori saranno messi a disposizione durante la mungitura e in appositi distributori situati in vari punti della stalla.

Per lo stoccaggio degli insilati e trinciati sono previsti quattro silos a trincea di capacità complessiva di circa 7.280 mc.

Per le farine di mais, soia, girasole, colza e il pastone di pannocchia è prevista l’installazione di cinque silos verticali. Il fieno invece sarà stoccato in un fienile annesso al ricovero attrezzi. 5

Sistemi per il benessere degli animali

o Per garantire un maggior benessere per gli animali, che poi si tramuterà in una maggior produzione, è prevista l’installazione di dispositivo antiprurito a spazzole rotanti; saranno poi predisposti dei sistemi di ombreggiamento per garantire una maggior freschezza nel periodo estivo.

Molto importante per il benessere degli animali è il paddock esterno che permetterà una maggior utile alla ginnastica e moto del bestiame.

Inoltre per una maggior comodità e facilità di pulizia delle cuccette saranno distesi dei materassini in ogni singola cuccetta. 6

Caratteristiche dell’impianto a biogas

(Principali)

)

Dati caratteristici dell’impianto e componenti principali

Cisterna caricamento liquidi

Si tratta di una cisterna in acciaio dotata di riscaldamento e di un sistema di pompaggio che alimenta il digestore con le frazioni liquide ad alto contenuto energetico.

La dimensione di 5 m³ è orientativa e può essere cambiata nel caso di afflussi maggiori prevedibili.

Questa cisterna è accompagnata da una prevasca concepita con caratteristiche tali da poter accogliere anche le acque meteoriche dei piazzali e i liquidi provenienti dalla zona di stoccaggio insilati.

Caricamento solido organico

Il sistema di caricamento delle matrici solide prevede un caricatore automatico.

Questo viene riempito dall’alto per tutta la sua lunghezza tramite delle pale gommate o rimorchi ed essendo collegata al sistema di controllo, alimenta automaticamente, ad intervalli preimpostati, i digestori.

L’autonomia è di ca. 24 h e secondo il contenuto energetico delle matrici caricate.

La matrice organica solida, tramite un sistema di coclee, viene introdotta nel digestore al di sotto del livello del liquido, evitando perdite di gas o emissioni olfattive.

Coclee e canali di trasporto sono in acciaio inox per evitare corrosioni per via dell’acidità degli insilati.

Omogeneizzatore

Il dispositivo di omogeneizzazione serve per far sì che la massa entrante nel digestore sia il più uniforme possibile, in modo da garantire:

• Una miglior e più completa fermentazione della biomassa (l’efficienza di degradazione aumenta proporzionalmente rispetto alla superficie fermentescelibile offerta ai batteri).
• La rottura delle fibre vegetali viene eseguita in modo da arrivare a livelli tali da impedire qualsiasi fenomeno di attorcigliamento nei miscelatori ed di intasamento di pompe ed altri meccanismi “sensibili” alle fibre lunghe.
• Maggior facilità di rimozione di materiali indesiderati.

L’omogeneizzazione avviene attraverso un trituratore collegato in linea con una pompa; il grado di omogeneizzazione è variabile mediante la regolazione della portata, disegno della griglia e motore.

Si possono ottenere fino un massimo del 70% circa di particelle inferiori ai 5 mm, mentre il restante 30% comunque non supera i 10 mm di lunghezza.

L’aumento di produzione di biogas con questo passaggio è del 15% rispetto a un impianto sprovvisto di tale componente; inoltre si ha una notevole riduzione dei tempi di fermentazione.

Digestore

La parte più importante per la produzione del biogas è il digestore, dove fermenta il materiale organico e si origina il biogas.

Esso si compone di una vasca in cemento armato, risultato di attente valutazioni del rapporto qualità-prezzo-prestazioni rispetto ad altre soluzioni.

Si prevede l’utilizzo di due digestori al fine di ottenere la miglior decomposizione delle biomasse e di aumentare il tempo di ritenzione del materiale, ottimizzando la resa in gas.

Il digestore è un reattore di processo biologico che produce biogas in assenza di ossigeno, mediante l’apporto costante e giornaliero di una miscela di materiali organici fermentescibili in grado di funzionare 365 giorni l’anno.