폐식물성혼합유지 바이오디젤의 농용기관특성 평가

최훤 ( Hwon Choi ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1

화석연료의 고갈과 환경오염이 문제시 되면서 친환경 에너지개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 그중 바이오디젤은 동, 식물성유지 및 폐식용유를 이용하여 생산이 가능할뿐더러 농용엔진에 특별한 개조 없이 사용가능하다. 또한 바이오디젤 자체에 산소를 함유하고 있어 이산화탄소 저감에 효율적이다. 바이오디젤에 관한 많은 연구가 수행되었으며, 기존의 연구는 단일유지의 폐식용유를 사용하여 바이오디젤을 생산하는 연구가 진행되었다. 하지만 가정에서 배출되는 식물성 폐식용유의 경우 여러 가지가 혼합되어 배출되고 있어, 혼합폐식용유지의 바이오디젤 특성평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐식물성유지(폐대두유, 폐카놀라유, 폐해바라기유)를 중량비(1:4, 1:1.5 1:0.66, 1:0.25)로 혼합하여 바이오디젤을 생산하고, 생산한 바이오디젤을 농용기관에 이용하여 농용기관의 출력특성 및 배기배출물특성 평가를 실시하였다. 실험에 사용된 농용기관은 배기량이 673cc인 직접분사식 디젤기관(ND10DE, Daedong, Korea)이며, 엔진성능평가를 위해 토크는 토크센서(YDL-704s, Setech, Korea)를 사용하였다. 배기배출물 평가는 배기가스분석기(HG-550, Airlex, Germany)를 이용하여 이산화탄소, 질소산화물을의 배출량을 측정하였다. 폐식용유를 이용하여 생산한 바이오디젤과 경유의 기관성능을 비교한 결과 토크와 축출력의 경우BD의 혼합량이 증가할수록 줄어들었다. 토크는 혼합된 유지에 따라 상용운전범위인 1500rpm~2400rpm에서 평균 대두와 카놀라유를 혼합하여 생산한 BD10은 7.2%, BD20은 12.1% 감소하였고, 대두와 해바라기유를 혼합하여 생산한 BD10은 11.3% BD20은 16.3% 감소하였다. 또한 해바라기와 카놀라유를 혼합하여 생산한 BD10은 8.3%, BD20은 14.6% 감소하였다. 이는 BD의 발열량이 경유에 비해 낮아 토크가 감소한 것으로 판단된다. 또한 배기배출물 평가의 경우 질소산화물은 BD의 함랑이 증가함에 따라 경유에 비해 배출량이 증가하는 경향을 보였고, 이산화탄소는 저감되는 것으로 나타났다. 이는 바이오디젤이 함산소연료이므로, 연료내의 산소로 인해 완전연소를 촉진시켜 이산화탄소를 저감시키고 질소산화물은 증가된 것으로 판단된다.

붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 기초연구 (Ⅲ) - 노즐의 압력, 거리 변화에 따른 분무량 측정 -

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

붐 방제기의 경우 붐에 노즐을 배치하여 작물에 근접한 위치에서 농약을 정밀 살포하며, 스피드 스프레이와 다르게 농약의 낭비를 줄일 수 있으며, 농약의 살포량을 제어하기 쉬운 장점이 있다. 붐식 스피드스프레이 개발을 위한 설계 인자를 도출하기 위한 사전인자 조사로 국내 시판되어지고 있는 노즐의 압력, 거리 변화에 따른 분무량을 측정하였다. 실험에 사용된 노즐은 A사에서 판매되고 분무경이 다른 5가지 노즐과 Disk 타입의 노즐 1종을 사용하였다. 압력은 스피드 스프레이에서 사용되어지는 분무압으로 0.5, 1, 1.5, 2 MPa로 변화시켰으며, 거리는 0.3, 0.6, 0.9, 1.3, 1.5 m로 하여 측정하였다. 측정결과 압력 0.5MPa에서 최대거리 1.5 m까지 약제가 도달하는 노즐은 D-6, D-7 노즐과 Disk 타입의 노즐이었으며, 그 외의 노즐은 분무량이 미미하였다. D-6 노즐의 분무량은 71.1 g/min, D-7 노즐은 144 g/min, Disk 타입 노즐은 229.2 g/min이다. 최대 압력 2 MPa에서 최대 거리 1.5m까지 도달하는 노즐은 D-6, D-7 노즐과 Disk 타입의 노즐이었으며, D-6 노즐의 분무량은 105.9 g/min, D-7 노즐의 분무량은 213.1 g/min, Disk 타입 노즐의 분무량은 334.6 g/min이다. 따라서 압력만을 이용하여 노즐에서 과수의 최대거리까지 많은 양의 약제를 보내야 하는 부분에서는 D-7 노즐과 Disk 타입의 노즐을 사용하여야 할 것으로 판단된다.

붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 기초연구 (Ⅲ) - 풍속 변화에 따른 분무량 측정 -

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),임학규 ( Hackkyu Lim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),박준혁 ( Joonhyuk Park ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

붐 방제기의 경우 붐에 노즐을 배치하여 작물에 근접한 위치에서 농약을 정밀 살포하며, 스피드 스프레이어와 다르게 농약의 낭비를 줄일 수 있으며, 농약의 살포량을 제어하기 쉬운 장점이 있다. 본 연구에서는 붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 설계 인자를 도출하기 위한 사전인자 조사로 국내 시판되어지고 있는 노즐의 압력, 거리 변화, 블로워의 풍속변화에 따른 분무량을 측정하였다. 실험에 사용된 노즐은 A사에서 판매되고 분무경이 다른 5가지 노즐과 Disk 타입의 노즐 1종을 사용하였다. 압력은 5수준(0.5, 1, 1,5, 2 MPa)으로 변화시켰으며, 거리는 5수준(0.3, 0.6, 0.9, 1.3, 1.5 m), 블로워의 풍속변화는 3수준(29, 35, 41 m/s )으로 하여 측정하였다. 측정결과 압력 0.5 MPa, 거리 1.5 m, 풍속 29 m/s에서도 90%의 약제가 도달하였다. 따라서 낮은 압력에서 과수의 최대거리 까지 많은 양의 약제를 보내야하는 부분에서 풍속을 29 m/s 로 할 경우 모든 노즐이 사용하기에 적합하다고 판단된다.

붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 기초연구 (Ⅰ) - 붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 현황 조사 -

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1

방제 작업은 병해충을 줄여 농산물의 품질과 생산량을 높이기 위한 필수 작업이다. 하지만 방제 작업은 고온 · 다습한 환경에서 작업하여 고된 작업 강도와 농민의 농약 중독 문제, 고령화 · 여성화로 인한 농가 일손 부족 문제로 농촌에서는 기피하고 있는 작업 중 하나이다. 이러한 점을 보완하기 위해 동력 살포기와 같은 기계를 이용하여 살포 작업을 실시하고 있으며, 스피드 스프레이어의 경우 2015년 기준 2,073대가 농가에 공급되어졌다. 스피드 스프레이어를 사용하는 농가는 점차 증가하고 있으나, 현재 스피드스프레이어의 살포 방식의 경우 농약을 다량 살포함으로써, 농약의 낭비, 환경오염의 문제점이 나타나고 있다. 이러한 점을 보완하기 위해 최근에는 방제 작업의 방식이 붐을 이용한 방제 작업으로 바뀌어가고 있는 추세이다. 붐 방제기의 경우 붐에 노즐을 배치하여 작물에 근접한 위치에서 농약을 정밀 살포하며, 스피드 스프레이어와 다르게 농약의 낭비를 줄일 수 있으며, 농약의 살포량을 제어하기 쉬운 장점이 있다. 본 연구에서는 기존의 트랙터 부착형 붐 방제기가 아닌 스피드 스프레이어를 개선한 붐식 스피드 스프레이어를 개발하기 위하여 현재 사용되고 있는 붐 방제기의 연구 동향 및 제품을 소개하고 개발에 필요한 기초 자료로 활용하고자 한다. 기존의 붐 방제기는 트랙터에 부착하는 형태로 개발되어졌으며 트랙터의 부착위치에 따라 전륜, 후륜형으로 나뉘고, 작물의 크기에 따라서 붐의 높이 및 붐의 각도를 조절하는 구조로 제작하여 사용되고 있다.

옥수수 수확기 개발을 위한 기초연구(Ⅳ) - 평날의 회전속도, 두께 변화에 따른 절단토크 측정 -

최훤 ( Hwon Choi ),윤태영 ( Taeyeong Yun ),신창섭 ( Changseop Shin ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

최근 국내 축산업의 여건 변화 및 정책방향 전환에 따라 산지축산에 관심이 높아지고, 환경 친화적 지속가능한 축산업에 대한 공감이 높아지고 있는 실정이다. 또한 국제 곡물가격의 불안정 및 양질 조사료의 가격상승으로 인하여 일부 농가에서는 직접 조사료 자원의 확보와 재배에도 관심을 가지기 시작하였다. 그 중 옥수수는 축산용 사료로 손꼽히는 작물로 연간 소비의 77.4%가 사료용으로 사용되고 있다. 따라서 옥수수 수확기의 개발은 필수적이라고도 할 수 있다. 본 연구에서는 옥수수수확기 개발에 앞서 옥수수수확기의 성능에 영향을 미치는 예취부의 설계인자를 도출하기 위하여 옥수수대 절단 시 절단토크를 측정하여 가장 우수한 절단조건을 구명하고 옥수수대 절단장치 예취부의 절단 성능을 향상시키고자 수행하였다. 공시재료인 옥수수대는 경상북도 군위군 경북대학교 군위농대실습장의 옥수수(광평옥)를 절단하여 30 cm로 제단 후 샘플 150개를 절단토크 측정에 사용하였다. 절단날은 평날을 이용하여 두께별로 6수준(1.0T, 1.2T, 1.4T, 1.6T, 1.8T, 2.0T), 절단날의 회전속도 5수준(18.0, 20.25, 22.5, 24.75, 27.0 m/s)으로 하여 옥수수대의 절단토크를 측정하였다. 절단날의 두께가 증가함에 따라 절단저항이 크게 나타났으며, 이는 절단날의 투영 면적이 넓어지면서 옥수수대 절단 저항이 커진 것으로 판단된다. 또한 절단날의 회전속도가 증가함에 따라 절단저항이 점차 증가하여 절단날 회전 속도 22.5 m/s일 때 모든 절단날에서 절단저항이 최대가 되었다.

옥수수대 절단토크 측정 장치 제작

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),오성길 ( Sungkil Oh ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

옥수수는 식용 작물로 사용될 뿐 아니라 축산용 사료에로 손꼽히는 작물이다. 현재 사료용 옥수수의 재배면적은 기존의 1만2천 ha에 논 재배 면적(1만 ha)을 포함해 2만2천 ha 로 전망되어 생산성 향상을 위해 전용 수확기가 필요한 실정이다. 옥수수수확기의 개발을 위해서는 많은 부분 중에 예취부의 설계가 가장중요하다. 예취부는 옥수수대를 직접 절단하기 때문에 옥수수 수확 시 작업 성능과 직접적인 영향을 미치고, 예취부의 성능에 따라 수확기의 예취부 크기 및 수확기의 크기가 결정된다. 따라서 본 연구에서는 옥수수대 절단 시 예취날의 절단 성능을 평가하기 위하여 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 옥수수대 절단 시 절단토크측정을 위한 토크센서(YDSB-200KC, SETech, Korea)와 측정된 데이터를 수집할 수 있는 DAQ (Gantner instrumnets co. Q.brixx series), 컴퓨터가 있으며, 절단날의 회전속도 조절을 위한 인버터로 구성하였다. 또한 옥수수대를 이송하여 이송속도에 따른 절단토크를 측정하기 위하여 컨베이어 이송시스템을 제작하였고, 이송속도 변화를 위한 AC모터와 속도 컨트롤러를 설치하였다. 설계된 장치를 통하여 예취부의 회전속도, 이송속도 변화에 따른 옥수수대 절단토크 측정 및 회전날 변화에 따른 절단토크를 측정할 수 있을 것으로 기대되어진다.

옥수수 수확기 개발을 위한 기초연구 (Ⅰ) - 옥수수 재배양식 조사 -

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),오성길 ( Sungkil Oh ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

옥수수는 식용 작물로 사용될 뿐 아니라 축산용 사료에로 손꼽히는 작물이다. 현재 개발되어진 수확기의 경우 대부분이 트랙터의 후방에 수확기를 장착하여 후진하면서 예취를 하고 예취된 옥수수는 트랙터의 전방에 함지를 부착하여 사용하고 있다. 이러한 작업은 운전자가 주행 시 전방함지 때문에 시야를 가려 사고위험이 있을 뿐 아니라, 후방에 예취날이 부착되어 있어 작업 시 후방으로 진행하면서 운전자가 장시간 뒤를 돌아보면서 작업하므로 작업에서 오는 후유증이 심각한 상태이다. 또한 이러한 작업환경을 개선하기 위하여 전방PTO 트랙터를 구입 시 고가의 수입트랙터에 의존해야 하는 실정이다. 따라서 국내 옥수수재배실정에 맞는 수확기 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 예취부의 설계인자 도출을 위하여 경북 고령군의 옥수수 재배농가 4지역을 방문하여 옥수수 재배 시 조간간격, 주간간격을 측정하였고 수확 후 그루터기의 직경과, 절단높이, 단위면적당 재배수량을 측정하였다. 측정결과 재배되는 옥수수의 조간간격은 250 mm, 주간간격은 평균 902 mm이다. 수확 후 그루터기의 옥수수그루터기의 평균 직경은 25.25 mm이고, 절단되어지는 높이는 평균 211.0 mm로 나타났다. 또한 단위면적(2×2 m)당 평균 22.5그루의 옥수수가 재배되고 있었다. 본 연구에서 측정된 그루터기의 환경조사를 통해 예취부 설계인자 도출의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대되어진다.

폐식물성혼합유지의 바이오디젤 특성

최훤 ( Hwon Choi ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

석유자원의 소비급증에 따라 지구온난화의 요인으로 이산화탄소가 지목되면서 대체 할 수 있는 에너지원 연구가 진행되고 있다. 그 중 기존의 장치를 그대로 사용하며 추가 설치, 개발비용이 발생되지 않고 상용화가 쉬운 바이오메스로부터 만들어지는 바이오디젤이다. 하지만 바이오디젤생산의 주원료인 식물유의 경우 식용자원과 경쟁을 하고 그로인한 생산비상승의 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 폐식용유를 이용하여 바이오디젤을 생산하고 폐식용유 바이오디젤을 통해 생산비절감과 환경오염문제를 해결할 수 있다. 가정에서 버려지는 폐식용유의 경우 가정마다 사용하는 식용유지가 달라 수거된폐식용유는 혼합되어 배출된다. 혼합되어 배출된 폐식용유를 바이오디젤로 생산하기 위해서는 폐식물성유지의 혼합비에 따른 최적몰비, 촉매의 양에 대한 연구가 필요하다. 폐식물성유지(폐대두,폐카놀라,폐해바라)를 중량비로 혼합하여 메탄올과 염기촉매인KOH를 이용하여 에스테르화 반응을 하고 반응시간 20분 반응온도 55℃에서 바이오디젤을 생산하고 BD수율, FAME함량, LAME함량을 평가하였다. 폐대두, 폐카놀라유의 혼합에서는 메탄올/폐유지의 몰비 7mol 혼합비 1:0.66 촉매량 1.3wt에서 BD수율83.3%, FAME함량 98%, LAME함량5.1%로 나타났으며, 폐대두:폐해바라기유의 혼합에서는 메탄올/폐유지의 몰비 7몰 혼합비 1:1.5촉매량 1.3wt%에서 BD수율 82.6% FAME함량 96.7% LAME함량 5.1%으로 나타났다. 폐해바라기유,폐카놀라유의 혼합에서는 메탄올/폐유지의 몰비 7mol 혼합비 1:0.66 촉매량 1.3wt%에서 BD수율 92.1% FAME함량 98.2% LAME함량 4.2%로 나타났다.

노외기계시스템 분야 : P1-21 ; 농림업 에너지 소비구조에 따른 이산화탄소 발생량 산정

최훤 ( H Choi ),김태한 ( T H Kim ) 한국농업기계학회 2015 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.20 No.1

옥수수 수확기 개발을 위한 기초연구(Ⅴ) - 절단날 각도에 따른 토크 측정 -

윤태영 ( Taeyeong Yun ),최훤 ( Hwon Choi ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),신창섭 ( Changseop Shin ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

옥수수는 생산성이 높아 식용 작물로 사용될 뿐 아니라 축산용 사료로도 손꼽히는 작물이다. 사일리지용으로 옥수수를 재배할 경우 10 a 당 6 ton 을 생산할 수 있고, 영양소 총량이 높기 때문에 사료용으로 우수하다고 평가받는다. 하지만 사료용 옥수수의 곡물자급률은 0.8%로 대부분 해외수입에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 직접 사료용 옥수수를 재배하는 농가가 늘어나고 있는 추세이고 국내 재배실정에 맞는 옥수수수확기의 개발은 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 옥수수수확기개발에 앞서 옥수수수확기의 예치부의 예취날의 형상에 따른 절단성능을 평가하였다. 공시재료인 옥수수 대는 경상북도 군위군 경북대학교 군위 농대 실습장의 옥수수(광평옥)를 이용하여 절단 토크를 측정하였다. 절단톱날의 두께는 1.8 mm으로 고정하였으며, 절단톱날의 각도는 총 5수준(15,20,25,30,35 °), 옥수수대의 투입이송속도는 총 5수준(15, 30, 45, 60, 75 mm/s)으로 하여 옥수수대의 절단 토크를 3회 반복 측정하였다. 그 결과 절단톱날 25 °, 이송속도 30 mm/s 에서 절단저항이 최소가 된 것을 확인할 수 있었다.