Polacy udoskonalają metody zastosowania tomografii w przemyśle

Nowatorskie metody monitorowania i sterowania procesami przemysłowymi przy wykorzystaniu tomografii opracowuje się w Katedrze Informatyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej

Łódzcy naukowcy opracowali m.in. metodę pozwalającą usprawniać proces rozładowywania zbiorników do przechowywania materiałów sypkich używanych m.in. w przemyśle chemicznym, budowlanym, farmaceutycznym czy spożywczym. Polskie innowacje są doceniane w Europie.

Wielu osobom słowo "tomografia" kojarzy się głównie z metodą diagnozowania pacjentów. Nie wszyscy wiedzą, że technologia ta ma również szerokie zastosowanie w przemyśle. Tomografia procesowa pozwala na "zajrzenie" do wnętrza odbywających się procesów wytwórczych bez zaburzania samego przebiegu produkcji. Rekonstrukcja obrazu wnętrza obiektów przy pomocy tomografii jest możliwa nawet wtedy, gdy ich ścianki są nieprzezroczyste.

Autorami projektu pod nazwą "Zastosowanie bezinwazyjnej tomografii ECT w celu opisu stanów materiałów sypkich podczas procesu opróżniania zbiorników przemysłowych" są: prof. dr hab. inż. Dominik Sankowski, dr inż. Robert Banasiak, mgr inż. Jakub Betiuk, dr inż. Zbigniew Chaniecki, dr inż. Krzysztof Grudzień, dr inż. Maciej Niedostatkiewicz, dr inż. Andrzej Romanowski i dr inż. Radosław Wajman

Jak wyjaśniają badacze, około 60 proc. surowców przemysłowych na pewnych etapach produkcji jest składowanych w formie granulatu bądź proszków. Do przechowywania oraz podawania na taśmy produkcyjne w celu dalszego przetwarzania tego typu surowca stosuje się zbiorniki - silosy o różnym rozmiarze, geometrii i kształcie. Szczególnie istotną rolę spełniają one w przemyśle budowlanym oraz wydobywczym.

Główne problemy związane z przechowywaniem materiałów sypkich i opróżnianiem zbiorników to przede wszystkim skutki dynamicznych zmian objętościowych w przepływającym materiale. Specjaliści muszą wiedzieć, jak zmienia się koncentracja materiału sypkiego podczas opróżniania zbiornika. Ma to bowiem kluczowe znaczenie w analizie rozkładu naporu materiału granulowanego na ściany silosu. Dzięki temu mogą określić bezpieczeństwo użytkowania i konstrukcji silosów.

Zmiany koncentracji zależne są od wielu czynników, m.in. od początkowej gęstości granulatu w zbiorniku, niesymetrycznego obciążenia ścian i dna silosów w fazie napełniania, jak również w czasie opróżniania zbiorników, czy własności przechowywanego granulatu.

"Dodatkową trudność stanowi określenie wpływu czasowych zmian wielu czynników zewnętrznych (wilgotności, temperatury, itp.) na interakcję między cząstkami oraz konstrukcją silosu w trakcie rozładowywania oraz przechowywania materiałów sypkich" - tłumaczy prof. Sankowski. Dodaje, że nie jest łatwo uwzględniać zmiany tego rodzaju czynników w trakcie prac projektowych, dlatego właściwe monitorowanie stanów granulatu podczas eksploatacji zbiorników jest kluczowe ze względu zarówno na optymalizację procesu jak i bezpieczeństwo.

Zaproponowane przez zespół PŁ rozwiązanie do monitorowania stanu procesu opróżniania zbiornika opiera się na zastosowaniu elektrycznej tomografii pojemnościowej (ang. electrical capacitance tomography - ECT). Jest to bezinwazyjna technika wizualizacji procesów przemysłowych. Pozwala ona zobrazować rozkład materiału w silosie podczas jego opróżniania na podstawie pomiarów pojemności elektrycznych zebranych z elektrod okalających zbiornik.

"Dodatkową zaletą ECT jest duża prędkość zbierania danych pomiarowych oraz wizualizacji tomograficznej, co umożliwia modułowi sterowania reakcję na zaistniałe, niepożądane, zjawisko w jak najkrótszym czasie" - mówi prof. Sankowski.

Naukowiec podkreśla, że nowością w opracowanym systemie jest możliwość wizualizacji trójwymiarowej stanów dynamicznych zachodzących podczas przepływu grawitacyjnego materiałów sypkich w zbiornikach o różnej geometrii. Dodatkowo system ten pozwala na parametryczny opis stref ścinania, dzięki czemu można monitorować lokalizację oraz wielkość stref naprężeń podczas opróżniania silosu.

Technologia otrzymała złoty medal na ubiegłorocznej 57 Światowej Wystawie Badań Innowacyjnych oraz Nowych Technologii w Brukseli.