Opracowanie homogenizatora‑dyspersora płynnej paszy dla świń

Dlaczego gładsza pasza dla świń ma znaczenie

Pasza stanowi największy wydatek na gospodarstwie trzody chlewnej, a sposób jej przygotowania w dużym stopniu wpływa na zdrowie zwierząt, tempo wzrostu i rentowność gospodarstwa. W badaniu przedstawiono nową maszynę, która przekształca zmielone ziarno i wodę w gładką, stabilną płynną paszę dla świń przy mniejszym zużyciu energii elektrycznej. Poprzez precyzyjne kształtowanie wirowania i powstawania pęcherzyków wewnątrz urządzenia autorzy wykazują, że można drobniej rozdrabniać cząstki, zapobiegać rozwarstwianiu mieszanki i obniżać koszty energetyczne w porównaniu z istniejącym sprzętem.

Jak zamienić ziarno i wodę w jednorodną mieszankę

Nowoczesne gospodarstwa coraz częściej używają płynnej paszy — kleikowej mieszanki wody i zmielonego ziarna, takiego jak pszenica, jęczmień czy soja. Aby świnie dobrze to trawiły, kluczowe są dwie rzeczy: cząstki muszą być drobne, a składniki powinny pozostawać równomiernie wymieszane, zamiast osiadać warstwami. Zespół zaprojektował nowy homogenizator rotor–stator, kompaktowy zbiornik, w którym szybko obracający się wewnętrzny bęben (rotor) współpracuje z nieruchomą zewnętrzną obudową (stator) z otworami. Gdy mieszanina przechodzi przez te otwory, intensywne wirowanie oraz szybkie powstawanie i zapadanie się drobnych pęcherzyków rozdrabnia fragmenty ziarna i dokładnie miesza ciecz.

Od modelu komputerowego do działającej maszyny

Zamiast polegać na metodzie prób i błędów, badacze poszli krok po kroku ścieżką inżynierską. Najpierw opracowali ogólny układ procesu i opatentowali koncepcję urządzenia. Następnie zbudowali szczegółowy model 3D rotora i statora oraz użyli zaawansowanego oprogramowania do symulacji przepływów, aby przewidzieć ruch cieczy i pęcherzyków wewnątrz urządzenia. Te symulacje wskazały dokładne rozmiary i rozmieszczenie otworów tak, aby kawitacja — tworzenie się pęcherzyków pary, które zapadają się z drobnymi falami uderzeniowymi — występowała tam, gdzie daje największy efekt. Na koniec wykonali metalowe części na sterowanej numerycznie frezarce i zmontowali pełne stanowisko testowe z czujnikami do monitorowania temperatury, poboru mocy silnika i parametrów cieczy w czasie.

Badanie, jak decyzje projektowe kształtują paszę

Na stanowisku badawczym zespół przygotowywał niewielkie partie płynnej paszy z pszenicy, jęczmienia lub soi, mieszając je z wodą do ustalonej zawartości suchej substancji. Systematycznie zmieniali trzy kluczowe ustawienia: prędkość obrotową rotora, szerokość otworów statora oraz czas przetwarzania mieszanki. Dla każdego przebiegu mierzyli udział bardzo drobnych cząstek (0–0,5 mm), tendencję mieszanki do rozwarstwiania się, końcową temperaturę, pobór mocy silnika oraz całkowite i jednostkowe zużycie energii. Narzędzia statystyczne posłużyły do przekształcenia tych licznych pomiarów w zależności matematyczne, które w prosty sposób pokazują, jak każde ustawienie wpływa na gładszą paszę, stabilniejsze mieszanie lub większe zapotrzebowanie na energię.

Znajdowanie kompromisu między gładkością a zużyciem energii

Wyniki pokazują wyraźne kompromisy. Wyższe prędkości rotora i mniejsze otwory dają więcej drobnych cząstek i lepsze mieszanie, ale jednocześnie podgrzewają paszę i zwiększają zużycie energii. Badacze wyznaczyli praktyczny cel dla jednorodności: wskaźnik stratygrafii poniżej 5 procent, co oznacza, że ciecz pozostaje prawie jednorodna po staniu. Dla pszenicy, jęczmienia i soi taki poziom jednorodności osiąga się przy prędkościach rotora nieco poniżej 2 300–2 450 obrotów na minutę oraz przy umiarkowanie wąskich otworach. Stwierdzili też, że przetwarzanie dłuższe niż około 45–50 minut daje niewielkie dodatkowe korzyści w mielenia, a za to systematycznie zwiększa zużycie energii. W tym przedziale jednostkowe zużycie energii jest najniższe dla paszy na bazie soi, potem pszenicy, a najwyższe dla jęczmienia, co odzwierciedla, jak łatwo każde ziarno się rozpada.

Od pomiarów w laboratorium do oszczędności na gospodarstwie

Łącząc wszystkie przetestowane zależności w jeden zestaw formuł, autorzy stworzyli swego rodzaju cyfrowego bliźniaka procesu, który może służyć do sterowania automatycznego. Przy zadanej gładkości i stabilności kontroler mógłby regulować prędkość rotora, czas pracy i rozmiar otworów statora, by ograniczać zużycie energii przy utrzymaniu jakości paszy. Zespół porównał także swój prototyp z dwoma systemami komercyjnymi na modelowym gospodarstwie trzody. Choć nowa jednostka jest nieco droższa w zakupie, jej niższa moc znamionowa i wyższa sprawność obniżają roczne koszty eksploatacji na tyle, że dodatkowa inwestycja zwraca się w znacznie krótszym czasie niż rok. Praca pokazuje, że świadome kształtowanie przepływu i kawitacji w kompaktowym mieszalniku pozwala zamienić proste ziarno i wodę w jednolitą, łatwostrawną płynną paszę, oszczędzając przy tym energię i pieniądze producentom świń.

Cytowanie: Aliiev, E., Malehin, R., Aliieva, O. et al. Development of a homogenizer-disperser of liquid fodder for pigs. Sci Rep 16, 14127 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44547-9

Słowa kluczowe: płynna pasza dla świń, Mieszanie kawitacyjne, homogenizator rotor–stator, energooszczędna obróbka paszy, technologia żywienia trzody