bakalářská práce

Monitorování a řízení bioreaktoru pro optimální získávání tepla

Text práce 4.16 MB Příloha 5.82 MB

Autor práce: Ing. Jan Hujňák

Ak. rok: 2017/2018

Vedoucí: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Oponent: Ing. Jaroslav Bajko

Abstrakt:

Tato bakalářská práce se zabývá získáváním tepelné energie při biodegradačních procesech, monitorováním a řízením těchto procesů. V teoretické části uvádí stručný přehled biodegradačních procesů, poté se zaměřuje pouze na procesy, při kterých dochází ke vzniku odpadního tepla. Zejména se zaměřuje na proces kompostování, jeho fáze, ideální skladbu kompostovaného materiálu, metody kompostování, řídící veličiny a zařízení pro jejich měření. Praktická část se zaměřuje na zdokonalení původního bioreaktoru a následnou realizaci nového bioreaktoru. Bioreaktor je poté monitorován za použití teplotních čidel, které pomocí měřených teplot popisují probíhající procesy uvnitř kompostu. Cílem bakalářské práce je propojení sestrojeného bioreaktoru s jurtou, realizace tepelného oběhu a řízení tohoto oběhu pomocí systému AMiNi tak, aby došlo k optimálnímu získávání tepla bez negativních vlivů na průběh biodegradačních procesů uvnitř bioreaktoru.

Klíčová slova:

bioreaktor, kompostování, řídící systém AMiNi2DS, odběr tepla

Termín obhajoby

12.06.2018

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaDznamka

Klasifikace

D

Průběh obhajoby

Student seznámil v prezentaci komisi s výsledky své bakalářské práce na téma Monitorování a řízení bioreaktoru pro optimální získávání tepla. Vedoucí práce docent Baxant seznámil komisi s posudkem oponenta a vedoucího práce. Oponent ohodnotil práci 70b stupněm C. Vedoucí práce docent Baxant ohodnotil práci 75b stupněm C. Dále byly přečteny otázky k obhajobě. Student na otázky odpověděl pomocí snímků ve své prezentaci. Otázky obhajoby upřesnil docent Baxant. Student neodpověděl správně. Další dotaz položil docent Toman. Student nebyl schopen správně odpovědět. Doktor Ptáček položil otázku ohledně měření teploty v bioreaktoru. Student otázku zodpověděl. Ing. Potěšil se zeptal ohledně tepelného výkonu reaktoru. Ing. Kohout položil otázku ohledně tepelných ztrát reaktoru. Student nebyl schopen na tyto otázky přesně odpovědět.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (EEKR-B)

Studijní obor

Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika (B-SEE)

Složení komise

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ilona Lázničková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Student Jan Hujňák měl ve své práci řešit úkol monitorování a řízení bioreaktoru pro optimální získávání tepla. Cílem bylo rozšířit již realizované prototypy reaktorů o další kroky, zlepšit systém získávání tepla, snížit tepelné ztráty a vytvořit další variantu řídícího systému vlastní prací studenta.
Úkol řešil student přiměřeně aktivně během celého semestru, pouze s menšími vynecháními. Téma sleduje zadanou osnovu práce, ovšem kapitola o řídícím systému Amini je velmi stručná a zasloužila by větší pozornost. Částečně je doplněna až v praktické části, kde student popisuje své pokusy s řídícím systémem. Během řešení bylo patrné, že student vyžaduje větší dopomoc a jeho nejistota bránila větší kreativitě v řešení úkolu. Zadané úkoly však dokázal nakonec vyřešit, i když často s dopomocí. Po absolvování školení ve firmě Amit byl schopen naprogramovat vlastní měřicí algoritmus pro snímání teploty. Bohužel algoritmus pro měření tepla se mu zprovoznit nepodařilo.
Kladně mohu hodnotit jeho iniciativu při zprovozňování samotné technologie teplé vody, pomoc při svařování trubek a fyzického zakládání bioreaktoru, což jsou práce víceméně manuálního charakteru, ale vyžadovaly značné množství času a úsilí. V práci dobře provedl zdokumentování probíhajících činností. Za pozitivní lze hodnotit posun ve snižování ztrát reaktoru izolací dna.
Za dostatečné považuji i zpracovaná data z měření a jejich srovnání s daty z minulého roku, přestože nebyl doplněn výpočet tepla. To by však bylo zatíženo značnou chybou, protože z časových důvodů se nepodařilo dokončit chladicí okruh bojleru a ochlazování tak probíhalo jen v okruhu voda/vzduch. I tak je ale patrný vliv čerpání tepla na celkovou teplotu uvnitř reaktoru. Zde lze očekávat, že bez aktivního řízení nebude možné reaktory efektivně provozovat.
Přes uvedené nedostatky student a doporučuji práci k obhajobě u státní zkoušky. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 75

Známka navržená vedoucím: C

Posudek oponenta
Ing. Jaroslav Bajko

Bakalářská práce studenta Jana Hujňáka pojednává o způsobech využití tepla z rozkladných procesů biomasy. V první části se věnuje obecnému popisu kompostování, anaerobní fermentaci a řízení těchto procesů. Literární rešerše je dostatečná a předkládané informace řádně citovány.

V praktické části je názorně graficky zdokumentován postup stavby kompostovacího bioreaktoru s izolací, včetně zapojení otopné soustavy a výsledků naprogramovaných funkcí v řídícím systému AMiNi2DS. Chybí však výkresy, ze kterých by byly jasně patrné rozměry reaktoru, způsob rozložení tepelného výměníku a přesné umístění čidel měřících teplotu.

K práci mám následující komentáře:
 Princip získávání tepla z kompostu pomocí metody J. Paina (Kap. 3.1.5) není uveden v souladu s prací: Pain, I. & Pain, J. (1972), The methods of Jean Pain: Another kind of garden. Citace [14] neodkazuje na původní text J. Paina.
 V kapitole 5.6 (Řízení systému) není uvedeno, na jakou práci autor navazuje, tj. co je již v řídícím systému implementováno. Chybí také jakákoli ukázka kódu nebo vývojového diagramu řídícího programu.
 Základní výpočet tepelných ztrát pro stěnu bioreaktoru o kruhovém půdorysu vychází ze vztahu pro přestup tepla ve složené válcové stěně, nikoli z přestupu tepla rovinnou plochou, jak je uvedeno v Kap. 5.8.
 Nelze obecně tvrdit, že vrstva poklesu teploty bioreaktoru je dána tloušťkou (Obr. 5-18), jelikož vývoj teplot v reaktoru je dynamickým jevem (ne vždy je jádro reaktoru nejteplejší), nicméně v závěru kapitoly autor na tyto nepřesnosti upozorňuje a správně vyhodnocuje, že výpočet je pouze orientační.

Z formálních nedostatků pak nutno zmínit:
 Chybné odkazování na obrázky v textu: Místo „Obr. 5-10“ má být „Obr. 5-15“ (Str. 40); Místo „Obr. 5-11“ má být „Obr. 5-16“ (Str. 41).
 Jednotky ve vztahu (5.1) nejsou jednoznačně přiřazeny k symbolům fyzikálních veličin.

Velkým přínosem práce je skutečná realizace bioreaktoru, včetně jeho zapojení do otopné soustavy a zprovoznění celého systému. Originální je provedení izolace bioreaktoru od země a porovnání s předchozí generací reaktorů bez této úpravy.

Po grafické, stylistické i gramatické stránce je práce na dobré úrovni. Celkově autor dobře zvládl multioborový charakter bioreaktorů, v dostatečné míře se věnoval procesům získávání, přenosu tepla, stejně tak jejich monitorování a řízení, čímž naplnil všechny cíle bakalářské práce.

Celkově práci doporučuji k obhajobě s hodnocením dobře / C. Otázky k obhajobě:
  1. Jak vzniká teplo v kompostu? Jak by se změnila rychlost ochlazení, pokud by teplota v aktivní fázi přesáhla 70°C?
  2. Jak by se změnil výpočet tepelných ztrát, uvažujeme-li složenou válcovou stěnu se stejnými parametry jako v Kap. 5.8?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 70

Známka navržená oponentem: C

Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 217,35 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová