AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA W BYDGOSZCZY

AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA W BYDGOSZCZY im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy WYDZIAŁ MECHANICZNY SPRAWOZDANIE Z DZIAŁALNOŚCI KOŁA NUKOWEGO TOPgran ZA ROK AKADEMICKI 2005/2006 Bydgoszcz, listopad 2006

Spis treści Str. 1) Opis działalności i charakterystyka Koła Naukowego TOPgran...3 1.1. Regulamin Koła Naukowego TOP GRAN...3 1.2. Cele koła naukowego TOPgran...5 1.3. Ustalenia organizacyjne Koła Naukowego TOPgran...6 1.4. Ustalony plan pracy koła naukowego TOPgran na rok akademicki 2005/2006...6 Harmonogram wydarzeń Koła Naukowego TOPgran w roku akademickim 2005/2006:...8 1) 12 sierpień 2005 roku Wpis Koła Naukowego TOPgran pod pozycją 44 do Rejestru Kół Naukowych Akademii Techniczno Rolniczej w Bydgoszczy...8 2) 5 październik 2005 roku Pierwsze zebranie organizacyjne Członków Koła Naukowego TOPgran z Opiekunem Dr inż. Adamem Mrozińskim...8 3) 16 październik 2005 roku Pierwsza wycieczka Koła Naukowego TOPgran do firmy Sermo Polska w Bydgoszczy...8 4) 23 listopad 2005 Spotkanie Kół Naukowych WM ze Stowarzyszeniem Narzędziowców...10 5) 27 listopad 2005 Badanie miału gumowego w laboratoriach Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska...11 6) 25 27 listopada 2005 roku Udział Koła Naukowego TOPgran w Ogólnopolskiej Konferencji Studenckich Kół Naukowych Koła Naukowe Kuźnią Talentów...12 7) 01 grudzień 2005 Wręczenie Panu Prof. dr hab. inż. Józefowi Flizikowskiemu Honorowego Członkostwa KN TOPgran...14 8) 13 grudzień 2005 Zwiedzanie Bydgoskich Zakładów Przemysłu Gumowego Stomil S. A...15 9) 15 grudzień 2005 roku Walne zebranie Członków KN TOPgran...16 10) 15 grudzień 2005 roku Zwiedzania Małej Elektrowni Wodnej w Bydgoszczy...16 11) 16 grudzień 2005 Wigilia TOPgran...18 12) 10 styczeń 2006 Wycieczka Koła Naukowego TOPgran do firmy Bohamet...19 13) 17 luty 2006 Udział KN TOPgran w XI Ogólnopolskiej Konferencji Żywienie Człowieka Inżynieria Maszyn...20 14) 05 maj 2006 Członkowie KN TOPgran podczas wizyty na zaprzyjaźnionym Uniwersytecie w Paderborn...26 15) 22 maj 2006 Udział KN TOPgran w XIX Konferencji Naukowo Technicznej Recyrkulacja w Budowie Maszyn...29 16) 7 czerwiec 2006 Udział KN TOPgran w III Międzynarodowej Konferencji Procesorów Energii ECO EURO ENERGIA...34 17) 10 listopad 2006 Spotkanie Członków i Sympatyków KN TOPgran podsumowujące dotychczasową działalność!!!...48 2

1) Opis działalności i charakterystyka Koła Naukowego TOPgran 1.1. Regulamin Koła Naukowego TOP GRAN 1. Siedzibą Koła są pomieszczenia Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska, pokój 111 w budynku 2.3 - Fordon 2. Głównymi zadaniami Koła jest: a) krzewienie nauki, techniki oraz propagowanie kultury i dobrych obyczajów wśród studentów, b) tworzenie form wymiany informacji wśród studentów w zakresie nauki i techniki związanej ze specjalnością, c) rozwój i wspieranie studentów specjalności w twórczości naukowo-technicznej, d) organizowanie prezentacji i pokazów oraz wyjazdów szkoleniowo-technicznych do firm związanych ze specjalnością, e) ułatwianie startu zawodowego studentom przez kontakty z firmami przemysłu chemicznego i spożywczego regionu, f) udzielanie pomocy koleżeńskiej innym studentom. 3. Członkiem Koła może być każdy student ATR. 4. Członkostwo trwa aż do chwili ukończenia studiów, skreślenia z listy studentów lub skreślenia z listy członków Koła. 5. W przypadku szczególnych członkostwo studenta może zostać zawieszone maksymalnie na trzy miesiące. 6. W skład prezydium Koła wchodzą: - przewodniczący, - zastępca przewodniczącego, - skarbnik, odpowiedzialny za sprawy finansowe, - sekretarz. 7. Członkowie prezydium wybierani są na walnym zgromadzeniu członków Koła. Do ważności wyborów wymagana jest obecność co najmniej 50% ogółu członków Koła. O wyborze decyduje zwykła większość głosów osób obecnych. Kadencja członka prezydium trwa do chwili ukończenia nauki w ATR, skreślenia z listy studentów, skreślenia z listy członków Koła, rezygnacji lub odwołania przez walne zgromadzenie. Do odwołania członka prezydium wymagana jest obecność co najmniej 50% ogółu członków Koła. O odwołaniu decyduje zwykła większość głosów osób obecnych. 3

8. Prezydium zajmuje się prezentacją i bieżącą działalnością Koła oraz decyduje o przyznaniu członkostwa w Kole. O przyznaniu członkostwa w Kole decyduje zwykła większość głosów członków prezydium. Raz w roku prezydium spośród swoich członków wyłania trzyosobową Komisję Rewizyjną, sprawdzającą poprawność gospodarowania funduszami przez skarbnika. Sprawozdanie z obrad komisji przedstawiane jest przewodniczącemu prezydium oraz opiekunowi Koła. 9. Do czasu pierwszego walnego zgromadzenia członków funkcje prezydium pełnią założyciele. 10. Na walnym zgromadzeniu wybieranych jest pięciu członków Komisji Dyscyplinarnej. Do ważności wyborów wymagana jest obecność co najmniej 50% ogółu członków Koła. O wyborze decyduje zwykła większość głosów obecnych. Kadencja członka Komisji Dyscyplinarnej trwa do chwili ukończenia studiów w ATR, skreślenia z listy studentów, skreślenia z listy członków Koła, rezygnacji lub odwołania przez walne zgromadzenie. Do odwołania członka Komisji wymagana jest zwykła większość głosów. 11. Komisja Dyscyplinarna decyduje o odwołaniu lub zawieszeniu członkostwa w Kole, w trybie głosowania, zwykła większością głosów. 12. Walne zgromadzenie członków Koła powinno odbywać się co najmniej raz w semestrze. 13. Każdy członek Koła ma obowiązek przestrzegania Regulaminu. 14. Konsekwencją nieprzestrzegania regulaminu Koła może być kara wymierzona przez Komisję Dyscyplinarną: - nagana, - zawieszenie członkostwa w Kole, - odwołanie członkostwa w Kole. 15. W uzasadnionych przypadkach o zaprzestaniu członkostwa w Kole decydować może również Opiekun Koła. 16. Koło może być również rozwiązane z następujących powodów: - brak zainteresowania i możliwości działania na podstawie uchwały prezydium, w trybie głosowania, zwykłą większością głosów, - uchwałą walnego zgromadzenia członków, w trybie głosowania, zwykłą większością głosów, - decyzją władz Uczelni lub Wydziału. 4

17. Ewentualne zmiany w regulaminie będą przygotowane przez prezydium Koła. Zatwierdzenie nowego regulaminu będzie dokonane na walnym zgromadzeniu członków Koła. Do zatwierdzenia regulaminu wymagana jest: - zgoda minimum 50% ogółu członków Koła, - akceptacja Dziekana Wydziału. 1.2. Cele koła naukowego TOPgran Celem Koła jest poszerzanie wiedzy i umiejętności jego członków-studentów w zakresie: - BADAŃ - BUDOWY - EKSPLOATACJI MASZYN do: - rozdrabniania, - granulowania, - aglomerowania, - dyspersji i homogenizowania. Zakres zainteresowań Koła dotyczy maszyn, instalacji i urządzeń peryferyjnych procesów przetwórstwa surowców, tworzyw oraz recyklingu materiałów wtórnych. Działania naukowe Koła będą oscylowały wokół materiałów mineralnych, biologicznych, polimerowych oraz włóknistych. Za podstawowe cele organizacyjno-naukowe Koła Naukowego TOP GRAN przyjmujemy: g) krzewienie nauki, techniki oraz propagowanie kultury i dobrych obyczajów wśród studentów, h) tworzenie form wymiany informacji wśród studentów w zakresie nauki i techniki związanej ze specjalnością, i) rozwój i wspieranie studentów specjalności w twórczości naukowo-technicznej, j) organizowanie prezentacji i pokazów oraz wyjazdów szkoleniowo-technicznych do firm związanych ze specjalnością, k) ułatwianie startu zawodowego studentom przez kontakty z Biurem Karier ATR Bydgoszcz i z firmami przemysłu chemicznego i spożywczego regionu, l) udzielanie pomocy koleżeńskiej innym studentom. 5

1.3. Ustalenia organizacyjne Koła Naukowego TOPgran q q q Siedziba Koła Naukowego TOP GRAN Siedzibą Koła Naukowego TOP GRAN są pomieszczenia laboratoryjne Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska (pokój 111 w budynku 2.3). Salą dyskusyjno-seminaryjną jest sala 111 w bud. 2.5. Zebrania i spotkania Spotkania Członków i sympatyków Koła Naukowego TOP GRAN odbywają się w czwartek w sali 111 bud 2.5 Seminaria i konferencje związane z działalnością Koła W ramach działań naukowych Koła będą odbywały się Seminaria Koła Naukowego TOPgran. Program seminariów zostanie ustalony na zebraniach Zarządu Koła. 1.4. Ustalony plan pracy koła naukowego TOPgran na rok akademicki 2005/2006 1. Działania organizacyjne Koła 1.1. Ustalenie ostatecznego składu osobowego 1.2. Ustalenie władz Koła 1.3. Ewentualna weryfikacja elementy statutu Koła 1.3.1. Cele i zakres działań. 1.3.2. Zainteresowania naukowe. 1.3.3. Formy działania. 1.4. Rozwój funkcjonalny siedziby Koła sala 111 bud. 2.3 1.5. Rozwój zagospodarowanie sali seminaryjnej Koła sala 111 bud. 2.5 2. Walne zgromadzenie członków Koła: Pierwsze WZ - grudzień 2006r. (semestr zimowy) 2.1. Zatwierdzenie członków prezydium Koła 2.2. Wybór Komisji Rewizyjnej Koła 2.3. Wybór Komisji Dyscyplinarnej Koła 2.4. Przyjęcie i zatwierdzenie zadań statutowych postawionych przez Założycieli Koła 3. Walne zgromadzenie członków Koła II maj 2006r. (semestr letni) 3.1. Ocena dotychczasowej działalności Koła 3.2. Ocena działania Prezydium Koła (realizacja planów pracy) 6

3.3. Inne 4. Zadania naukowe, publikacyjne oraz organizacyjne 4.1. Przygotowanie i publikacje na konferencjach organizowanych bądź współorganizowanych przez Katedrę Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska. Pomoc w pracach komitetów organizacyjnych następujących konferencji (pomoc obejmuje prace organizacyjne przed konferencjami oraz w trakcie konferencji): 4.1.1. Inżynieria Żywności luty 2006r. 4.1.2. Recyrkulacja w Budowie Maszyn - maj 2006r. 4.1.3. Eco-Euro-Energia - czerwiec 2006r. 4.2. Przygotowanie przez członków bądź sympatyków Koła serii referatów prezentowanych na: 4.2.1. Seminariach Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska wstępnie dwie prezentacje działań Koła w semestrze podczas zebrań Katedry 4.2.2. Seminariach organizowanych przez Koło Naukowe TOP GRAN - udział członków pracowników Katedry MSiOŚ oraz innych kół naukowych Wydziału Mechanicznego 4.3. Przygotowanie i organizacja Seminarium Naukowego prezentującego prace kół badawczo-rozwojowe kół naukowych ATR Bydgoszcz marzec 2006r. 4.4. Organizowanie spotkań i seminariów z ciekawymi ludźmi reprezentującymi zainteresowania naukowe Koła wstępnie dwa spotkania w semestrze. 5. Szczegółowe wstępne zadania badawcze 5.1. Współpraca przy budowie stanowiska Instalacji Solarnej 5.2. Współpraca przy modernizacji stanowiska PSI-GAD 5.3. Współpraca przy modernizacji stanowiska ERCONET 5.4. INNE 6. Zadania w zakresie organizacji dydaktyki 6.1. Pomoc przy eksploatacji i budowie nowych stanowisk dydaktycznych w laboratoriach Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska 6.2. Realizacja zajęć pokazowych dla studentów przy współpracy z pracownikami KMSiOŚ 7. Prezentacje firmowe - organizowanie wyjazdów szkoleniowo-technicznych do firm związanych ze specjalnością dla studentów 7.1. Firma 1 - Stomil Bydgoszcz 7

7.2. Firma 2 - Bohamet w Bydgoszczy 7.3. Firma 3 - Sermo w Bydgoszczy 7.4. Firma 3 Mała Elektrownia Wodna w Bydgoszczy Harmonogram wydarzeń Koła Naukowego TOPgran w roku akademickim 2005/2006: 1) 12 sierpień 2005 roku Wpis Koła Naukowego TOPgran pod pozycją 44 do Rejestru Kół Naukowych Akademii Techniczno Rolniczej w Bydgoszczy 2) 5 październik 2005 roku Pierwsze zebranie organizacyjne Członków Koła Naukowego TOPgran z Opiekunem Dr inż. Adamem Mrozińskim 3) 16 październik 2005 roku Pierwsza wycieczka Koła Naukowego TOPgran do firmy Sermo Polska w Bydgoszczy Fotogaleria: Rys. 1. KN TOPgran w dziale konstruktorów firmy Sermo Polska 8

Rys. 2. KN TOPgran w halach produkcyjnych zakładu Sermo Polska Rys. 3. KN TOPgran w zakładzie Sermo Polska 9

4) 23 listopad 2005 Spotkanie Kół Naukowych WM ze Stowarzyszeniem Narzędziowców Fotogaleria: \ Rys. 1. Prof. dr hab. inż. Marek Bieliński oraz Dziekan WM Dr inż. Dariusz Skibicki prowadzący spotkanie Rys. 2. Przewodniczący KN TOPgran Kamil Dziadosz oraz członkowie innych KN w Sali Rady Wydziału Mechanicznego podczas spotkania z przedstawicielami przemysłu 10

5) 27 listopad 2005 Badanie miału gumowego w laboratoriach Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska Fotogaleria: Badanie miału gumowego w laboratoriach Katedry Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska Rys. 1. Członkowie KN TOPgran w trakcie badań właściwości miału gumowego Rys. 2. Analiza sitowa miału gumowego 11

Rys. 3. Uzyskane wyniki analizy sitowej miału gumowego 6) 25 27 listopada 2005 roku Udział Koła Naukowego TOPgran w Ogólnopolskiej Konferencji Studenckich Kół Naukowych Koła Naukowe Kuźnią Talentów Rys. 1. Delegacja KN TOPgran 12

Rys. 2. Pani Prof. zw. dr hab. Maria Romanowska Prorektor Szkoły Głównej Handlowej ds. Dydaktyki i Studentów, Pan Prof. Andrzej Jakubiak Prorektor Politechniki Warszawskiej ds. Studenckich oraz Przewodniczący TOPgran Kamil Dziadosz i Wojciech Sobkowiak Rys. 3. Sesja posterowa hol główny PW. Rys. 4. KN TOPgran podczas nawiązywania kontaktów z KN Nautica Akademia Morska w Gdyni 13

7) 01 grudzień 2005 Wręczenie Panu Prof. dr hab. inż. Józefowi Flizikowskiemu Honorowego Członkostwa KN TOPgran Rys. 1. Uroczystość wręczenia dyplomu Honorowego Członka KN TOPgran 14

Panu Prof. dr hab. inż. Józefowi Flizikowskiemu Rys. 2. Honorowe Członkostwo KN TOPgran 8) 13 grudzień 2005 Zwiedzanie Bydgoskich Zakładów Przemysłu Gumowego Stomil S. A. Rys. 1. KN TOPgran w trakcie zwiedzania BZPG Stomil S. A. 15

Rys. 2. Opiekunowie KN podczas rozmowy z Kierownikiem Działu Utrzymania Ruchu i Postępu Technicznego Panem Mgr inż. Andrzejem Dziadoszem 9) 15 grudzień 2005 roku Walne zebranie Członków KN TOPgran 10) 15 grudzień 2005 roku Zwiedzania Małej Elektrowni Wodnej w Bydgoszczy Zwiedzania Małej Elektrowni Wodnej w Bydgoszczy Rys. 1. Prof. dr hab. inż. Józef Flizikowski, Dr inż. Adam Mroziński oraz przedstawiciel MEW 16

Rys. 2. Członkowie KN TOPgran przy tablicy pamiątkowej MEW Rys. 3. Zdjęcia grupy podczas zwiedzania pomieszczenia zawierającego zmodernizowane, zabytkowe generatory I i II 17

11) 16 grudzień 2005 Wigilia TOPgran Rys. 1. Wigilia KN Topgran Rys. 2. Wigilia KN TOPgran 18

Rys. 3. Wigilia KN TOPgran wraz z zaproszonymi gośćmi: Panem Prof. dr hab. inż. Józefem Flizikowskim, Opiekunem KN TOPgran Dr inż. Adamem Mrozińskim oraz Panią Mgr inż. Heleną Ciarą Rys. 4. Wigilia KN TOPgran wraz z KN KPTSZ 12) 10 styczeń 2006 Wycieczka Koła Naukowego TOPgran do firmy Bohamet Fotogaleria: Rys. 1. KN TOPgran wraz z przedstawicielami firmy Bohamet 19

Rys. 2. KN TOPgran podczas zapoznawania się z procesami technologicznymi dotyczących wytwarzania okien okrętowych Rys. 3. Drzwi okrętowe jako przykładowy wyrób zakładu Bohamet 13) 17 luty 2006 Udział KN TOPgran w XI Ogólnopolskiej Konferencji Żywienie Człowieka Inżynieria Maszyn W ramach uczestnictwa członkowie koła przygotowali publikację autostwa: KAMIL DZIADOSZ, ŁUKASZ CEJROWSKI, BARTOSZ JĘDRUSIK, PIOTR KNUTH, WOJCIECH SOBKOWIAK Koło Naukowe TOPgran, Wydział Mechaniczny, Akademia Techaniczno-Rolnicza Bydgoszcz 20

Rozdrabnianie wygrzewanego ziarna zbóż Streszczenie: W artykule przedstawiono zagadnienie rozdrabniania ziaren zbóż po ich wygrzewaniu. Określono wpływ czasu wygrzewania ziaren pszenicy, w stałych warunkach, na charakterystyki rozdrabniania walcowego (pobór mocy, wydajność, czas, jednostkowe zużycie energii) oraz charakterystyki użytkowe produktu rozdrabniania: stopień bieli, stopień rozdrobnienia (analiza sitowa). Artykuł jest kolejną pracą powstałą w ramach zadań Koła Naukowego TOPgran na Wydziale Mechanicznym ATR Bydgoszcz. Praca ma charakter naukowo-badawczy. Słowa kluczowe: rozdrabnianie ziarna, wygrzewanie ziarna, stopień bieli. Grinding of warming of grains of cereals Summary: In article question of grinding of grains of cereals was introduced for them warming. Time of warming of grains of spelt was qualified, in solid conditions, on to characters of cylindrical grinder (recruitment of power, efficiency, time, isolated waste of energy) as well as usable characters of product it whitens grinding: degree, degree of crumbling (sieve analysis). Article is next work form Student group TOPgran on Faculty of Mechanical Engineering of University of Technology and Agriculture in Bydgoszcz. Work has character scientifically- investigative. Key words: grinding grains, warming it whitens grains, degree. Wprowadzenie Badanie wpływu wygrzewania ziarna w procesie rozdrabniania jest ważnym postępowaniem zmierzającym do poprawy efektywności i jakości produktu rozdrabniania oraz zmniejszenia jednostkowego zużycia energii podczas procesu rozdrabniania. Pomiar barwy mąki uzyskanej w wyniku rozdrabniania ziarna po wygrzewaniu jest wskaźnikiem jakości uzyskanego produktu, a szczególnie pomiaru białka przed rozdrabnianiem. Materiał użyty do badań Charakterystyka rozdrabnianych ziaren: Pszenica (Triticum sativum)-rodzaj zbóż z rodziny wiechlinowatych. Pochodzi z południowo-zachodniej i środkowej Azji. Wyróżnia się około 20 gatunków pszenicy. Oprócz jęczmienia jest najstarszym zbożem chlebowym uprawianym od co najmniej 6 tysięcy lat. Zajmuje pierwsze miejsce w światowej produkcji zbóż. Zastosowanie: uprawiana na całym świecie dla ziarna (ziarniaków). 21

Pszenżyto (Triticale) gatunek zboża należącego do rodziny wiechlinowatych. Jest to mieszaniec otrzymany sztucznie przez człowieka pod koniec XIX wieku z genetycznego skrzyżowania 2 gatunków: żyta i pszenicy. Zastosowanie: -roślina uprawna: obecnie powierzchnia uprawy tego zboża w świecie to około 3 mln ha, w tym w Polsce około 0.7 mln ha. W uprawie występują formy jare i ozime tego gatunku; -roślina paszowa-ze względu na wysoką zawartość białka może służyć jako pasza dla bydła, trzody chlewnej, owiec i ptactwa. Jęczmień (Hordeum) - rodzaj zbóż z rodziny wiechlinowatych. W zależności od podziału wyróżnia się od 20 do 25 gatunków tego rodzaju. Zastosowanie: roślina uprawna-gatunki uprawne stanowią jedno z najstarszych i najważniejszych zbóż (piąte co do wielkości uprawy na świecie). Metodyka badań Przyjęta metodyka badań pozwala na analizę i weryfikację określanych parametrów wejściowych i wyjściowych rozdrabnianych gatunków ziarna. Wygrzewanie ziaren 1. Rodzaj mielonego ziarna i jego parametry 2. Typ rozdrabniacza 3. Wielkość szczeliny 4. Prędkość wirnika Czynniki stałe Zmienne zależne (wyjściowe) Charakterystyka procesu: Pobór mocy - P [kw] Czasy wygrzewania t=30 [min] Wielkość szczeliny s=8 [mm] Zmienna niezależna (wejściowa) Rys. 1. Schemat badań ROZDRABNIACZ WALCOWY DWU SZCZELINOWY Wilgotność ziarna W [%] Charakterystyka produktu: - Analiza sitowa, - Poziom bieli. Podczas badań pobór mocy przez rozdrabniacz na biegu jałowego zawierał się w zakresie 23 25 W przy 2.5 A oraz 220 V. W tabeli 1 zawarto charakterystykę rozdrabniania walcowego wybranych rodzajów ziarna. Przyjęto czas wygrzewania próbek ziaren równy 30 min, natomiast wartość szczeliny między walcami rozdrabniającymi wynosiła 8 mm. Tabela 1. 22

Charakterystyki użytkowe rozdrabniania poszczególnych rodzajów ziaren bez i z wygrzaniem Rodzaj ziarna Jęczmień Pszenżyto Pszenica Parametr bez z bez z bez z Czas t s 18.33 16.03 23.55 18.67 18.84 15.60 Pobór mocy W 45 63 50 60 40 55 43 52 50 65 50 60 Wilgotność % 13.8 10.1 11.5 8.6 14.7 11.5 Masa próbki g 100 100 100 100 100 100 Podczas wygrzewania próbek systematycznie notowano zachodzące zmiany wilgotności i temperatury w piecu laboratoryjnym z komorą fermentacyjną wg ZBPP w Bydgoszczy, co przedstawiono na wykresie rys. 1 oraz rys. 2. 40 35 wilgotność % 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 czas min 1 Rys. 1. Zmiany wilgotności w komorze pieca 106 105,5 temperatura C 105 104,5 104 103,5 1 103 102,5 0 5 10 15 20 25 30 35 czas min Rys. 2. Temperatura (stabilizowana) w komorze pieca po okresie wygrzewania ziaren Kolejny etap badań sprowadzał się do przeprowadzenie analizy sitowej próbek rozdrobnionego produktu, co przedstawia graficznie wykres rys. 3 do rys. 5. 23

60 zbiorcze podziarno % 50 40 30 20 10 0 0 0,5 1 1,5 2 nominalna wielkość oczka sita-d mm bez wygrzania z wygrzaniem Rys. 3. Zbiorczy wykres podziarna dla pszenicy, bez wygrzewania i z wygrzewaniem 60 zbiorcze podziarno % 50 40 30 20 10 0 0 0,5 1 1,5 2 nominalna wielkość oczka sita-d mm bez wygrzania z wygrzaniem Rys. 4. Zbiorczy wykres podziarna dla pszenżyta, bez wygrzewania i z wygrzewaniem 60 zbiorcze podziarno % 50 40 30 20 10 0 0 0,5 1 1,5 2 nominalna wielkość oczka sita-d mm bez wygrzania z wygrzaniem Rys. 5. Zbiorczy wykres podziarna dla jęczmienia, bez wygrzewania i z wygrzewaniem Etapem kończącym badania było przeprowadzenie analizy stopnia bieli produktów rozdrabniania miernikiem bieli typ MB-3M wg ZBPP w Bydgoszczy. 24

Tabela 2. Zmiana stopnia bieli produktu rozdrabniania ziaren bez wygrzewania i z wygrzewaniem Rodzaj materiału Stopień bieli β [%] Bez wygrzania Z wygrzaniem Pszenica 84.6 84.3 Pszenżyto 87.1 83.3 Jęczmień 84.4 80 Wnioski i podsumowanie Dokonując analizy uzyskanych wyników wyciągnięto następujące wnioski: -zastosowane wygrzewanie wpłynęło znacząco na charakter procesu rozdrabniania, a mianowicie: w próbkach po wygrzaniu czas potrzebny do rozdrobnienia uległ zmniejszeniu o ok. 12.5 %, pobór mocy był bardziej równomierny oraz wilgotność próbek uległa obniżeniu o ok. 3 %; -założony czas wygrzewania 30 min okazał się wystarczający do przeprowadzenia badań, ponieważ przy dłuższym czasie, wilgotność w piecu zmieniłaby się nieznacznie, a krzywa zależności wilgotności od czasu maksymalnie zawarta byłaby w przedziale wilgotności 35 40 %; -analiza sitowa pozwoliła stwierdzić, że po wygrzaniu masa frakcji na sicie o wielkości oczek 1.6 mm była większa niż przed wygrzaniem, a tym samym wygrzewanie wpłynęło korzystnie na zwiększenie rozdrobnienia intensywności rozdrabniania; -wygrzewanie obniżyło stopień bieli, w próbkach poddanych wygrzewaniu, dla pszenicy średnio 0.3 %, pszenżyta o 3.8 % a dla jęczmienia o 4.4 %. Literatura [1] J. Flizikowski J.: Konstrukcja rozdrabniaczy żywności. WU ATR, Bydgoszcz 2005 [2] J. Flizikowski, K. Bieliński, M. Bieliński: Podwyższanie energetycznej efektywności wielotarczowego rozdrabniacza nasion na paszę. Wydawnictwo ATR Bydgoszcz -OPO, (1999) [3] K. Sadkiewicz,, J. Sadkiewicz: Urządzenia pomiarowo-badawcze dla przetwórstwa zbożowo-mącznego. ATR Bydgoszcz (1998) 25

14) 05 maj 2006 Członkowie KN TOPgran podczas wizyty na zaprzyjaźnionym Uniwersytecie w Paderborn Członkowie Koła Naukowego TOPgran w osobach Kamila Dziadosza i Wojciecha Sobkowiaka (Rysunek 1) w pierwszych dniach maja 2006 roku odwiedzili zaprzyjaźniony Universität Paderborn, gdzie znajdował się na wymianie studenckiej kolega Łukasz Cejrowski. W trakcie wizyty członkowie Koła Naukowego mieli możliwość zapoznania się z tamtejszą (międzynarodową) społecznością uniwersytecką. Rysunek 1. Członkowie KN TOPgran przed wejściem do Universität Paderborn Pobyt w Paderborn okazał się bardzo ciekawym doświadczeniem, ponieważ podczas wspólnych spotkań integracyjnych była możliwość wymiany poglądów, zainteresowań studentów z całego Świata m. in. Kanady, USA, Anglii, Włoch, Niemiec oraz Polski (Rysunek 2). 26

Rysunek 2. Spotkanie integracyjne społeczności Universität Paderborn z Członkami KN TOPgran Miłym akcentem odwiedzin było zorganizowanie wycieczki po mieście oraz zwiedzanie jego zabytków i atrakcji (Rysunek 3 5). Rysunek 3. Członkowie KN TOPgran w centrum Paderborn 27

Rysunek 4. Członkowie KN TOPgran w centrum Paderborn Rysunek 5. Członkowie KN TOPgran w centrum Paderborn Adresse: Universität Paderborn Warburger Str. 100 D-33098 Paderborn Strona internetowa: http://www.uni-paderborn.de/ 28

15) 22 maj 2006 Udział KN TOPgran w XIX Konferencji Naukowo Technicznej Recyrkulacja w Budowie Maszyn Prezentowana publikacja: KAMIL DZIADOSZ, ŁUKASZ CEJROWSKI, PIOTR KNUTH, WOJCIECH SOBKOWIAK Koło Naukowe TOPgran, Katedra Maszyn Spożywczych i Ochrony Środowiska, Wydział Mechaniczny, Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy Analiza rozdrabniania elastomerów wykorzystywanych w procesie recyrkulacji Streszczenie: W artykule przedstawiono problematykę rozdrabniania odpadów gumowych w rozdrabniaczu walcowym, wchodzącym w skład linii technologicznej. Autorzy prezentują i podają rozwiązania problemu podziału na frakcje recyklingowego miału gumowego oraz przedstawiają identyfikację wybranych parametrów wpływających na efektywność i wydajność pracy rozdrabniacza walcowego. Opisano przykład linii technologicznej w BZPG Stomil wraz z oryginalną metodyką klasyfikacji jakościowej produktu. Słowa kluczowe: rozdrabnianie, guma, recyrkulacja. Analysis of crumbling elastomers used in process of recirculation Summary: Problems of crumbling in cylindrical grinder of rubber wastes, included into technological line, were introduced in article. Authors present and give solutions of problem connected with division for fractions in the recykled rubber dust. Present identification of chosen problems impacting into efficiency and productivity of working parameters in cylindrical grinder. The described example was based on technological line working in BZPG "The Stomil along with the original methodology of qualitative classification of product. Key words: crumbling, hubber, recycling. Wprowadzenie Podstawowym kryterium analizy jakości produktu rozdrabniania elastomerów np. recyrkulacji jest funkcja celu, tj. wykorzystanie celnego ziarna miału gumowego w dobrym przetwórstwie jako napełniacza. Napełniacze mieszanek gumowych są to ciała stałe nieorganiczne lub organiczne, odznaczające się odpowiednim stopniem rozdrobnienia. W wyniku procesu rozdrabniania uzyskuje się dwa rodzaje miału gumowego, który jest stosowany jako napełniacz mieszanek gumowych. Na ogół napełniacze są one trudno 29

rozpuszczalne w wodzie i nie rozpuszczają się w polimerach. Nazwa napełniacze wyjaśnia częściowo rolę, jaką te materiały spełniają w mieszance gumowej; dodane do kauczuku napełniają go, zwiększając objętość i masę mieszanki gumowej. Rola napełniaczy polega przede wszystkim na nadaniu mieszankom gumowym lepszych własności przerobowych, a zwulkanizowanej gumie odpowiednich własności fizycznych. Własności wzmacniające napełniaczy są widoczne szczególnie wyraźnie w przypadku stosowania do produkcji gumy z kauczuków syntetycznych, które bez tego typu napełniaczy nie mogłyby znaleźć praktycznego zastosowania. Istotny wpływ na wtórne wykorzystanie napełniaczy ma ich rodzaj. W BZPG stosowane napełniacze to SBR (kauczuk butadienowo-styrenowy) oraz NBR (kauczuk nitrylowy). Zaletą stosowania mieszanek w postaci rozdrobnionej jest możliwość automatyzacji operacji odważania, ułatwienie zasilania wtryskarek i wytłaczarek, ułatwienie prac przeładunkowych oraz oszczędność powierzchni magazynowej. Problem, jakie warunki wytwarzania miału z odpadów i braków gumowych są niezbędne do zaistnienia takiej jakości, która umożliwi całkowite wykorzystanie ich jako napełniaczy w przetwórstwie? Opis wytwarzania miału gumowego Analizie poddano również proces technologiczny rozdrabniania wielostopniowego z przesiewaniem. Prezentowany ciąg wytwarzania miału gumowego znajdujący się w Bydgoskich Zakładach Przemysłu Gumowego STOMIL S. A. ma za zadanie rozdrobnić odpady i braki gumowe w postaci miału gumowego. W zależności od zastosowanych sit na przesiewaczu wahadłowym można otrzymać miał o granulacji 2 i 1 mm. Rys. 1. przedstawia schemat procesu technologicznego otrzymywania miału gumowego. 30

Rys. 1. Schemat procesu rozdrabniania Pierwszym etapem procesu technologicznego jest przygotowanie odpadów i braków gumowych przed ich dalszym przerobem, który przeprowadza się na gilotynie do cięcia kauczuków poprzez pocięcie: -odpadowych płyt mieszanek gumowych na paski, -nieuporządkowanych (w postaci skłębionej lub w bryłkach) odpadów i braków do postaci skróconej w miarę możliwości posiadającej formę klinów. Kolejny etap to zwulkanizowanie odpadów i braków gumowych w kotle wulkanizacyjnym, ze względu na możliwość intensywnego klejenia ich do walców łamaczy i zapychania otworów sit. Następnie zwulkanizowane odpady i braki gumowe kierowane są do trzech zespołów łamaczy. Zespół łamacza nr 1 służy do wstępnego rozdrobnienia odpadów o granulacji poniżej 8 mm. Odpad o tej granulacji poprzez sito wibracyjne spada na przenośnik taśmowy i przesyłany jest do zespołu łamacza nr 2. Granulat o wymiarach powyżej 8 mm kierowany jest na łamacz nr 1 do powtórnego rozdrobnienia. Szczelina między walcami łamacza nr 1 wynosi ok. 0 1 mm (Rys. 2.), a na dwóch pozostałych powinna wynosić 0 (Rys. 3.). Rys. 2. Wielkość szczeliny łamacz nr 1 Rys. 3. Wielkość szczeliny łamacz nr 3 Zespół łamacza nr 2 rozdrabnia granulat gumowy do wymiarów poniżej 4 mm, który poprzez sito wibracyjne spada na przenośnik taśmowy, który kieruje go do zespołu łamacza nr 3. Odpad gumowy powyżej tej granulacji ponownie jest rozdrabniany na łamaczu do żądanej granulacji. Zespół łamacza nr 3 rozdrabnia odpady do granulacji poniżej 3 mm, które następnie poprzez sito wibracyjne spadają na transporter taśmowy, który przekazuje go na przesiewacz wahadłowy dwupoziomowy. W przesiewaczu wahadłowym dwupoziomowym następuje ostateczny rozdział miału gumowego na dwie frakcje do 2 mm i do 1 mm. 31

Końcowym etapem procesu otrzymywania miału gumowego są czynności związane z pakowaniem. Miał o wielkości cząsteczek do 2 mm spada z przesiewacza wahadłowego bezpośrednio do worków papierowych, natomiast o granulacji do 1 mm transporterem przekazywany jest do jednego z dwóch zbiorników magazynowych. Jakość miału gumowego, granulacja-analiza sitowa Analizę sitową przeprowadzono zgodnie z PN, wykorzystując w tym celu analizator sitowy. Stosowano zestaw sit o wielkościach oczek równych: 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1.5, 1, 0.8, 0.7, 0.45, 0.32 oraz 0.2 mm. Materiałem badanym w analizie sitowej były cztery próbki odpadów i braków gumowych uzyskanych po przejściu przez poszczególne zestawy łamaczy. ZBIORCZY WYKRES PODZIARNA Zbiorcze podziarna-% 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nominalna wielkość oczka sita-d [mm] Próbka 1 Próbka 2 Próbka 3 Próbka 4 Rys. 4. Wykres zbiorczy podziarna, próbki nr 1 do 4, gdzie: -próbka 1 to próbka po przejściu przez zespół łamacza nr 1, -próbka 2 to próbka po przejściu przez zespół łamacza nr 2, -próbka 3 to próbka po przejściu przez zespół łamacza nr 3, -próbka 4 to próbka w postaci miału gumowego dodawana jako wypełniacz Procentowa wielkość frakcji na sicie-% 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 PROCENTOWA WIELKOŚĆ FRAKCJI NA POSZCZEGÓLNYCH SITACH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nominalna wielkość oczka sita-d [mm] Próbka 1 Próbka 2 Próbka 3 Próbka 4 Rys. 5. Wykres wielkości frakcji na poszczególnych sitach, próbki nr 1 do 4 32

Wnioski i spostrzeżenia Dla całkowitego wykorzystania miałów z odpadów i braków gumowych jako napełniaczy w recyrkulacyjnym przetwórstwie elastomerów niezbędna jest odpowiednia technika granulacji-rozdrabniania. Technika obejmująca specjalne środki (maszyny) i sposoby (parametry procesu) przygotowania wsadu oraz właściwego rozdrabniania. Dla zapewnienia pożądanej jakości miału należy zastosować: -gilotynę do cięcia odpadów i braków gumowych, -kocioł wulkanizacyjny, -łamacze wielostopniowe z intensywnym przesiewaniem produktu. W wyniku procesu rozdrabniania otrzymuje się dwa rodzaje miału gumowego, który może być zastosowany jako napełniacz mieszanek gumowych. Walce łamaczy po każdej godzinie pracy są intensywnie chłodzone wodą. Zastosowane sita wibracyjne mają odpowiednio wielkość oczek 10, 5 oraz 3 mm, natomiast przesiewacz wahadłowy dwupoziomowy posiada oczka o wymiarach 2 i 1 mm. Badania analizy sitowej poszczególnych próbek odpadów i braków gumowych pozwoliły uzyskać rozkłady granulometryczne produktu na poszczególnych etapach wytwarzania miału gumowego. Największa ilość rozdrobnionych odpadów i braków gumowych dla próbki nr 1 zatrzymała się na sicie o wielkości nominalnej oczek 9 mm i wynosiła 37.66 g, natomiast dla próbki nr 2 ilość rozdrobnionej gumy zatrzymała się również na sicie o wielkości oczek 9 mm i wynosiła 15.28 mm. Pozostała część próbki z masy wyjściowej (50 g), zarówno dla próbki nr 1 oraz 2 rozmieściła się na pozostałych sitach. Z powyższej analizy wnioskujemy, że na łamaczu nr 2 w odniesieniu do łamacza nr 1 rozdrobnienie odpadów i braków gumowych było dwukrotnie większe. Rozdrobnienie na łamaczu nr 3 spowodowało jeszcze większe rozdrobnienie materiału, a największa ilość rozdrobnionych odpadów i braków gumowych wynosiła 26.33 i 12.62 g na sitach o wielkości oczek 1 i 0.8 mm. Z ostatecznej analizy próbki w postaci miału gumowego, dodawanej jako napełniacz, uzyskano rozdrobnienie, w którym największą ilość zajmuje materiał, który zatrzymał się na sitach o wielkości oczek 0.7 mm (tj. 10.36 g) oraz 0.45 mm (tj. 23.53 g). Literatura [1] Flizikowski J.: Rozdrabnianie tworzyw sztucznych. Wydawnictwo uczelniane ATR, Bydgoszcz 1998 [2] Flizikowski J. i zespół: Maszyny środowiska rolno-spożywczego i chemicznego. Wydawnictwo uczelniane ATR. Bydgoszcz 2000 33

[3] Flizikowski J.: Projektowanie środowiskowe maszyn. WMN-ATR Bydgoszcz 1998 [4] Kłassien P. W., Griszajew I. G.: Podstawy techniki granulacji. WNT. Warszawa 1989 [5] Praca zbiorowa: Guma-Poradnik inżyniera i technika. WNT. Warszawa 1973 16) 7 czerwiec 2006 Udział KN TOPgran w III Międzynarodowej Konferencji Procesorów Energii ECO EURO ENERGIA Opracowano dwie publikacje: JÓZEF FLIZIKOWSKI, KMIL DZIADOSZ Wydział Mechaniczny, Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy Instalacja i badania kolektora promieniowania słonecznego Streszczenie: W artykule przedstawiono zintegrowane projektowanie instalacji kolektora słonecznego, składające się z dwóch projektów mających na celu: rozwiązanie specjalnej ramy pod kolektor słoneczny typu KS-2000 S, uzyskanie najlepszego usytuowania poszczególnych elementów instalacji solarnej w bud. 2.3. na Wydziale Mechanicznym w ATR w Bydgoszczy oraz wykonanie modelu 3D instalacji solarnej, jej poszczególnych zespołów, podzespołów oraz części. Słowo kluczowe: energia odnawialna, energia słońca, instalacja solarna, kolektor słoneczny Installation and research of collector of sunny radiation Key word: renewal energy resources, solar energy, solar installation, solar collector Wytyczne do rozwiązania własnego Aspekty zintegrowanego projektowania instalacji kolektorowych uświadamiają o złożoności problemu, jaki występuje w trakcie prac projektowo-konstrukcyjnych dążących do osiągnięcia najlepszego rozwiązania postawionego problemu. Analizując dotychczasowe osiągnięcia w zakresie budowy i eksploatacji instalacji solarnych mamy możliwość: -takiego odpowiedniego doboru wszystkich części, podzespołów i zespołów, który umożliwia stworzenie kompletnej zintegrowanej instalacji solarnej, -identyfikacji związków oraz zjawisk, jakie zachodzą między częściami, podzespołami, zespołami a całością. 34

Zintegrowane projektowanie maszyn i instalacji Problem projektowania składa się z identyfikacji: -całości, -części tej całości, -związków między częścią a całością. Do metodycznego ujęcia problemy części i całości należy: -rozpatrzeć wszystko, co może mieć znaczenie, tj. istotny związek z przedmiotem występującym w problemie technicznym, -zidentyfikować część, której istnienie w całości ma wywołać określone działanie, -zidentyfikować związki, jakie istnieją między częścią i całością. W sensie zintegrowanego projektowania budowy i eksploatacji maszyn środowiskowy projekt procesora energii powinien zawierać rozwiązania zagadnień: -materiałoznawstwa, -projektowania, -konstruowania, -bezpieczeństwa, -architektury, -monitoringu. Integracja projektowania: -zasady, -ideologie, -procedury, -użytkowanie software. W odniesieniu do instalacji solarnej integracja jest złożona i składa się z: -łączenia odpowiednich zespołów, podzespołów i elementów, jak: -kolektor słoneczny, -specjalna rama pod kolektor słoneczny, -podgrzewacz, -korki KS 3/4", -zestaw przyłączeniowy kolektora, -zestaw przyłączeniowy podgrzewacza, -zespół pompowy ze sterownikiem, -zespół naczynia przeponowego, -płyn do instalacji, 35

-pompa ręczna do napełniania instalacji, -otulina kauczukowa 18/9. -zastosowania odpowiednich materiałów, to znaczy takich, jak: -cienka blacha, bądź taśma miedziana zastosowana jako absorber, -miedziane rurki wewnątrz kolektora, -chrom galwaniczny, nikl lub związek tytanu użyty do pokrywania absorbera, -aluminiowa obudowa kolektora słonecznego, -hartowana szyba solarna o obniżonej zawartości żelaza, -pianka poliuretanowa oraz pianka polistyrenowa stosowana na zbiorniki cwu i c.o, -stalowe, miedziane lub wykonane ze stali nierdzewnej wymienniki, -stal użyta na kątowniki i płaskowniki do konstrukcji ramy pod kolektor, -specjalne węże gumowe, zastosowane jako część instalacji hydraulicznej, odporne na podwyższone temperatury czynnika roboczego, -glikol jako płyn solarny, -i inne. -połączenie zależności występujących między: -projektowaną instalacją solarną a obiektem, w którym instalacja ta ma zostać wdrożona, w tym przypadku jest to budynek 2.3. na Wydziale Mechanicznym w Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, -projektowaną instalacją solarną a lokalnym środowiskiem, -projektowanym działaniem i monitorowanie instalacji kolektora słonecznego. Zintegrowane projektowanie instalacji kolektora słonecznego jest to takie projektowanie, które łączy w sobie zagadnienia z budowy i eksploatacji układów mechanicznoarchitektonicznych, ochrony środowiska, celowości działań oraz innowacji technicznej. Rozwiązanie własne Celem pracy jest jak najlepsze usytuowanie projektowanej instalacji solarnej, pokazowej, dydaktycznej oraz efektywnie działającej, w budynku 2.3. na Wydziale Mechanicznym w Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy. Projektowania instalacja kolektora słonecznego łączy w sobie problem: -budowy i eksploatacji maszyn, urządzeń oraz instalacji, -ochrony środowiska, -celowości działań, -innowacji technicznej. 36

Analizie kryterialnej poddano 12 różnych rozwiązań koncepcyjnych wg celów pracy tj.: -skuteczność działania, -informatyczność, -ekonomiczność, -podatność na badania z monitorowaniem. Przyjęto cztery stany kryteriów: 0, 1, 3, 6. Przy czym ocena 0 jest krytyczna i wykluczająca daną koncepcję z dalszego projektowania zintegrowanego. Przeprowadzona analiza koncepcyjna skłoniła do wyboru koncepcji przedstawionej na rys. 1. Rys. 1. Schemat podstawowej instalacji dla ciepłej wody użytkowej [4]: 1-kolektor słoneczny KS-2000 S (2 szt.), 2-uchwyt uniwersalny KS (2 szt.), 3-podgrzewacz OKC250NTRR (1 szt.), 4-śrubunek KS 3/4" (2 szt.), 5-zestaw przyłączeniowy kolektora (1 kpl.), 6-zestaw przyłączeniowy podgrzewacza (1 kpl.), 7-zespół pompowy ze sterownikiem G403-P04 (1 szt.), 8-zespół naczynia przeponowego ZNP12 (1 kpl.), 9-profil maskujący KS (1 szt.), 10-płyn do instalacji ERGOLID EKO (20 kg), 11-pompa ręczna do napełniania instalacji (1 szt.), 12-otulina kauczukowa 18/9. Schemat oraz wykaz elementów powyższej instalacji proponowany przez firmę HEWALEX ulegnie zmianie, dla naszego projektu, z następujących przyczyn: -w projektowanej instalacji solarnej zostanie zastosowany tylko jeden kolektor słoneczny 37

KS-2000 S, ponieważ spełnia on założenie projektowe i jest w zupełności wystarczający do przeprowadzania badań w Pracowni Środowiskowych Procesów Energii na Wydziale Mechanicznym Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, -nie wystąpią takie elementy jak: -uchwyt uniwersalny KS, ponieważ do mocowania kolektora słonecznego została zaprojektowana specjalna rama, -śrubunek KS 3/4", ponieważ zastosuję dwa korki KS 3/4" służące do zaślepienia wolnego króćca, -profil maskujący KS, ponieważ zastosuję tylko jeden kolektor słoneczny. -zamiast oferowanego podgrzewacza zostanie zastosowany: -podgrzewacz firmy Galmet o następujących parametrach: -nazwa: WYMIENNIK DO PODGRZEWANIA W.U., -typ: SG-WS, -pojemność: 300 dm 3, -stojący, -biwalentny-z dwiema wężownicami. -zamiast standardowej, miedzianej instalacji hydraulicznej zastosuję: -węże gumowe ze wzmocnieniem metalowym ogólnego zastosowania wg WT- 2/94/BZPG, produkowanych w Bydgoskich Zakładach Przemysłu Gumowego Stomil. Projekt ramy kolektora KS-2000 S Istota działania ramy pod kolektor słoneczny polega na: -umieszczeniu w ramie kolektora słonecznego, -osadzeniu ramy wraz z kolektorem słonecznym w lokalnej sytuacji nasłonecznienia i potrzeb. Projektowana rama pod kolektor słoneczny przeznaczona jest do pracy na zewnątrz, na wolnym powietrzu, w zakresie temperatur od -20 0 C do +40 0 C przy zmiennych warunkach atmosferycznych typowych dla klimatu Polski. Zakres zmiany kąta nachylenia kolektora słonecznego względem poziomu wynosi od 45 55 0 C. Analizie kryterialnej poddano 3 różne rozwiązania koncepcyjne wg: -niezawodności pracy, -łatwości obsługi, -prostocie konstrukcji i łatwości wykonania, -masy i gabarytów, 38

-kosztów produkcji, -bezpieczeństwa pracy, -estetyki. Przeprowadzona analiza koncepcyjna skłoniła do wyboru koncepcji przedstawionej na rys. 2. Rys. 2. Koncepcja ramy pod kolektor słoneczny Rys. 3. Koncepcja ramy pod kolektor słoneczny-mechanizm zmiany kąta nachylenia kolektora słonecznego Model 3D MCAD zintegrowany dydaktycznie instalacji kolektora słonecznego Rysunki nr 4 6 przedstawiają rozmieszczenie instalacji solarnej w budynku 2.3. na Wydziale Mechanicznym Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy. 39

Rys. 4. Usytuowanie instalacji hydraulicznej między elementami instalacji solarnej Rys. 5. Usytuowanie instalacji hydraulicznej między elementami instalacji solarnej Rys. 6. Usytuowanie instalacji hydraulicznej między elementami instalacji solarnej Ogólna ocena rozwiązania Projektując zintegrowaną instalację kolektora słonecznego poruszono zagadnienia z zakresu: -materiałoznawstwa, -projektowania, -konstruowania, -bezpieczeństwa, -architektury, -monitoringu. Projekty zintegrowanej instalacji solarnej wykonano zgodnie z: -zasadami, -ideologiami, -procedurami, 40

-oraz przy użyciu narzędzia, jakim są programy 3D MCAD. Przeprowadzone analizy koncepcyjne pozwoliły dokonać wyboru rozwiązania optymalnego dla: -łączenia odpowiednich zespołów, podzespołów i elementów, -zastosowania odpowiednich materiałów, -połączenie zależności występujących między: -projektowaną instalacją solarną a obiektem, w którym instalacja ta ma zostać wdrożona, w tym przypadku jest to budynek 2.3. na Wydziale Mechanicznym w Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, -projektowaną instalacją solarną a lokalnym środowiskiem, -projektowanym działaniem i monitorowanie instalacji kolektora słonecznego. Wnioski Zintegrowane projektowanie instalacji kolektora słonecznego pozwoliło na: -znaczne przyspieszenie uruchomienia rzeczywistego stanowiska laboratoryjnego, służącego do badań instalacji solarnej w Pracowni Środowiskowych Procesów Energii na Wydziale Mechanicznym Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, -odniesienie przeprowadzonych badań rzeczywistych do badań wirtualnych, -głębsze zrozumienie zjawisk cieplnych zachodzących w instalacjach solarnych np.: -rozkład ciepła na powierzchni absorbera ze względu na zastosowane rozwiązanie konstrukcyjne kolektora słonecznego, -utrata ciepła czynnika przepływającego przez rurociąg, -określenie podstawowych charakterystyk cieplnych i przepływowych kolektora, -sporządzenie bezwymiarowych charakterystyk eksploatacyjnych kolektora, -określenie zależności sprawności cieplej kolektora w funkcji wydatku masowego przepływającego czynnika, -określenie stałej czasowej kolektora, -oszacowanie rocznych zysków energetycznych z jednostki powierzchni kolektora przy jego eksploatacji w polskich warunkach klimatycznych, -itd. -możliwość projektowania nowych, lepszych rozwiązań konstrukcyjnych kolektorów słonecznych, -znaczne przyspieszenie badań zintegrowanej instalacji solarnej przy zastosowaniu odpowiednich programów komputerowych. 41

Do uruchomienia stanowiska laboratoryjnego, służącego do badań instalacji solarnej na Wydziale Mechanicznym Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy należy: -uzyskać pozwolenie na zainstalowanie ramy z kolektorem słonecznym na ścianie budynku 2,3., -uzyskać pozwolenie na prace związane z przeprowadzeniem instalacji hydraulicznej, -zakupić odpowiednie części, podzespoły i zespoły wchodzące w skład projektowanej: -ramy pod kolektor słoneczny KS-2000 S, -instalacji solarnej, -instalacji hydraulicznej. Literatura [1] J. Flizikowski, K. Bieliński: Projektowanie środowiskowych procesorów energii, Wydawnictwa Uczelniane, Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy, 2000, [2] M. Zawadzki: Kolektory Słoneczne Pompy Ciepła-Na Tak, Polska Ekologia, 2003, [3] J. Dietrych: System i konstrukcja, WNT, Warszawa 1985, [4] www.hewalex.com.pl, [5] www.prema.pl, [6] www.befared.com.pl, [7] www.stomil.bydgoszcz.pl. ŁUKASZ CEJROWSKI, KAMIL DZIADOSZ, JÓZEF FLIZIKOWSKI Wydział Mechaniczny, Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy Konstrukcja łopat siłowni wiatrowej Magnus a Streszczenie: Energetyka wiatrowa jest jedną z najdynamiczniej rozwijających się dziedzin przemysłu zajmującego się produkcją proekologicznych procesorów energii. Energia z wiatru w przeciwieństwie do innych odnawialnych źródeł energii ma realne szanse powodzenia i zastosowania. Procesor wiatrowy wykorzystujący efekt Magnus a jest przykładem alternatywnego rozwiązania konstrukcyjnego, pozwalającego na najefektywniejsze wykorzystanie energii tkwiącej w nieskończonych zasobach wiatru. Słowo kluczowe: energia wiatru, procesor wiatrowy, efekt Magnus a Construction of spades of wind mill Magnus a Key word: wind energy, wind processor, effect Magnus a Wstęp 42

Na początku XXI wieku można stwierdzić, że odnawialne źródła energii są niebagatelnym elementem wpływającym na obecną i przyszłą egzystencję człowieka. Ciągle rosnące zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii skłania nas do poszukiwania różnorodnych i coraz bardziej zróżnicowanych konstrukcyjnie rozwiązań. W artykule przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne procesorów wiatrowych wykorzystujących efekt Magnus a. Panujące w Polsce warunki do pozyskiwania energii z wiatru skłaniają do wykorzystania elektrowni wiatrowych z wirnikiem Magnus a jako rozwiązania optymalnego uwzględniającego siłę wiejących wiatrów. Siłownie wiatrowe wykorzystujące efekt Magnus a projektowane są dla otrzymania wysokiego współczynnika wykorzystania energii wiatru. Zasadniczą, a zarazem odmienną cechą tego rodzaju turbin jest fakt zastosowania obracających się wirników, w których do obracania rotora elektrowni wykorzystuje się zjawisko powstawania siły bocznej w wirującym elemencie. Zjawisko to odkryte w 1853 roku nazywane jest efektem Magnus a od nazwiska niemieckiego fizyka i chemika Heinricha Gustava Magnus a. Turbiny wiatrowe wykorzystujące efekt Magnus a Główną cechą elektrowni wiatrowych wykorzystujących efekt Magnus a jest zastosowanie obracających się wirników zamiast obrotowych łopatek. Obracające się wirniki na podstawie efektu Magnus a wytwarzają siłę nośną. Zjawisko to polega na powstawaniu siły działającej na obracający się walec lub inną obrotową bryłę poruszającą się względem płynu (cieczy lub gazu) prostopadłej do kierunku ruchu (Rys. 1.). Rys. 1. Efekt Magnus a powstawanie siły nośnej [2] Wartość powstającej siły nośnej, zwanej również siłą boczną charakteryzuje prawo Kutty- Żukowskiego, mówiące, że jeżeli nieściśliwy płyn opływa nieskończenie długi walec, którego oś jest ustawiona prostopadle do kierunku przepływu niezaburzonego, to na jednostkę długości walca działa siła nośna określona wzorem [1]: F=ρ v T (1) gdzie: F-siła boczna, 43

ρ-gęstość płynu (cieczy lub gazu), v-prędkość czynnika opływającego walec, T-oznacza cyrkulację prędkości wzdłuż dowolnego konturu zamkniętego obejmującego jeden raz walec. Na rys. 2 przedstawiono charakterystykę (krzywą) biegunową obracającego się w powietrzu walca, nazywanego często rotorem Magnus a lub rotorem Flettnera, przy czym zamiast wielkości kątów naparcia przyjęto tutaj za parametr stosunek obwodowej prędkości rotora u do prędkości wiatru v. Dla porównania krzywej biegunowej profilu walcowego z biegunową profilu opływowego wykreślono na tym samym rysunku taką krzywą biegunową. Na zestawieniu obu krzywych wynika, że współczynnik siły nośnej rotora jest wielokrotnie większy, niż współczynnik profilu opływowego. Jednak współczynnik oporu jest dużo większy od współczynnika oporu profilu opływowego. Rotory w porównaniu ze skrzydłami profilowanymi mają prawie trzykrotnie gorsze właściwości aerodynamiczne. Cz 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 u/v krzywej biegunowej profilu walcowego krzywa biegunowa profilu opływowego Rys. 2. Charakterystyka (krzywa) biegunowa obracającej się łopaty procesora Magnus a. [2] Postać geometryczne turbiny Magnus a W Polsce najpopularniejszym, a zarazem najbardziej znanym przedsięwzięciem, którego owocem była instalacja procesora wiatrowego z wirnikiem Magnus a znajduje się we wsi Pagórki koło Elbląga (Rys. 3a.). Za sprawą białoruskich konstruktorów z firmy Acowind wykonano projekt ACOWIND A-63. Wirnik tego wiatrak powstał w Polsce w Zakładach Remontów i Produkcji Sprzętu Lotniczego z Bielsko-Białej. Jest to nowatorski projekt procesora wiatrowego działającego w oparciu o wykorzystanie efektu Magnus a. Nie mniej jednak powstało na świecie sporo projektów procesorów wiatrowych, w których zamiast tradycyjnych łopat zastosowano obracające się walce. 44

a) b) Rys. 3. Procesor wiatrowy typu Magnus: a) ACOWIND A-63 [2], b) Mekaro Akita Co Ltd. (Japonia) [1] W sierpniu 2005 roku japońscy wynalazcy Murakami Nobuhiro oraz Ito Jun opatentowali wiatrowy procesor typu Magnus a (rys. 3b.) o specyficznym kształcie łopat. W procesorze tym zaproponowano nowatorskie rozwiązanie konstrukcyjne łopaty wirnika składającej się z części spiralnej, a także obrotowego walca. Głównym założeniem jaki przyjęto było utworzenie takiej konstrukcji, która pozwalałaby na pracę zarówno przy wietrze o bardzo niskich, a także bardzo wysokich prędkościach. Ponadto dość istotną sprawą jest zastosowanie sześciu łopatek, gdyż takie rozwiązanie przyjęto jako najbardziej optymalne. Rys. 4. Kierunek i zwrot działania siły nośnej zależnej od momentu obrotowego w łopacie procesora wiatrowego typu Magnus [1] Zastosowanie elementu spiralnego jest ciekawym i jak dotąd rzadko spotykanym rozwiązaniem w celu uzyskania jak największej siły nośnej, która jest odpowiedzialna za prawidłowe i wydajne funkcjonowanie procesora wiatrowego. Każda z łopat zakończona jest wystającym ponad ich powierzchnie krążkami. Krążki uniemożliwiają wyrównywanie się ciśnień po obu stronach cylindra (aby zapobiec powstawaniu oporu indukcyjnemu) oraz nadają walcowi szybkość obwodową około czterokrotnie większą, niż szybkość wiatru. 45

a) b) Rys. 5. Opływ walca kołowego: a) bez elementu spiralnego, b) z elementem spiralnym [1] Rys. 6. Kierunek działania siły i prędkości w wirującej łopacie procesora Magnusa [1] Rys. 7. Przekładnia zębata stożkowa przenosząca moment obrotowy z obracających się walców na wirnik generatora [1] 46

Rys. 8. Widok prostokątny i izometryczny łopatki procesora wiatrowego typu Magnus zaprojektowanej przez japońskich konstruktorów z Mekaro Akita Co Ltd. [1] Podsumowanie Stosunkowo prosta konstrukcja wirnika i skrzyni przekładniowej sprawiają, że zaprezentowany procesor wiatrowy jest atrakcyjnym produktem na rynku urządzeń służących do pozyskiwania energii z wiatru. W dalszej fazie planowane jest utworzenie modelu 3D procesora w celu dokładnego przeanalizowania jego mechanicznoenergetycznych możliwości oraz wykryciu potencjalnych wad konstrukcyjnych i eksploatacyjnych. Niższy koszt wykonania w stosunku do tradycyjnych procesorów z łopatkami profilowanymi jest kolejnym atutem. Sprawia to, że być może już w niedalekiej przyszłości procesory Magnus a będą obok pieców na biomasę, kolektorów słonecznych czy paneli fotowoltaicznych, cennym źródłem pozyskiwania energii w wielu Polskich gospodarstwach. Biorąc pod uwagę, że występuje możliwość efektywnej pracy wirnika przy bardzo niskich prędkościach wiatru (około 3 4 m/s) daje to rozwiązanie konstrukcyjne, które idealnie komponuje się z warunkami panującymi na większości terenów w Polsce. Walce wirnika stawiają większy opór niż skrzydła o profilu lotniczym, nadają się do wiatraków wolnoobrotowych. Jednak pomimo niższych obrotów, wiatraki z wirnikami Magnus a uzyskują wystarczającą moc dzięki znacznie większemu momentowi obrotowemu. Literatura [1] European Patent Office, http://v3.espacenet.com, [2] Wiatraki z rotorami Magnusa, http://darmowa-energia.eko.org.pl, [3] Ł. Cejrowski: Procesory wiatrowe, kierunki rozwoju zespołów funkcjonalnych. WM ATR, Bydgoszcz 2006 47

17) 10 listopad 2006 Spotkanie Członków i Sympatyków KN TOPgran podsumowujące dotychczasową działalność!!! 48