bakalářská práce

Návrh a realizace modulárního bioreaktoru s využitím odpadního tepla

Text práce 4.32 MB Příloha 13.9 MB

Autor práce: Ing. Michal Peterka

Ak. rok: 2016/2017

Vedoucí: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Oponent: Ing. Jaroslav Bajko

Abstrakt:

Cílem práce je rozšíření stávajícího projektu o další možnosti využití odpadního tepla z biodegradační procesů a vylepšení návrhu bioreaktoru. V první části práce jsou shrnuty teoretické poznatky z využití biomasy a odpadních zdrojů. Praktická část je zpočátku zaměřena na rozvoj konstrukce bioreaktoru, následující část se zaobírá využitím tepelných trubic pro odvod tepla a poslední řadě je vyzkoušeno vyhřívání fermentoru a jímání vzniklého plynu. Vzniklý návrh realizace nového bioreaktoru se osvědčil, disponoval více výhodami než předchozí typ. Tepelné trubice mají vysoký potenciál v uplatnění odvodu tepla z bioreaktoru, následující kroky vy měly vést k vytvoření systému propojených tepelných trubic a regulovanému odběru tepla. Odběr bioplynu se zpočátku zdálo jako dobrá myšlenka, ovšem procesy uvnitř fermentoru jsou složitější, než se předpokládalo. Po krátké době se procesy uvnitř fermentoru zastavily, tudíž tento směr bude vyžadovat hlubší zkoumání.

Klíčová slova:

fermentor, bioreaktor, biomasa, bioplyn, odběr tepla

Termín obhajoby

20.06.2017

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaCznamka

Klasifikace

C

Průběh obhajoby

Student seznámil komisi se svojí bakalářskou prací s názvem Návrh a realizace modulárního bioreaktoru s využitím odpadního tepla. Vedoucí práce doc. Petr Baxant přečetl posudky vedoucího a oponenta bakalářské práce. Student odpověděl na 3 otázky oponenta. Ing. Michal Krbal položil dotaz týkající se důvodu použití pětiúhelníkového tvaru pro bioreaktoru a tepelného výkonu tepelné trubice. Student otázky zodpověděl. Ing. Michal Ptáček se zeptal, z kolika tepelných trubic se bude skládat výsledný bioreaktor. Student uvedl, že velikost bioreaktoru záleží na investorovi a na rozměrových možnostech místa instalace. Doc. Jaroslava Orságová položila dotaz týkající se kolísání teplot v bioreaktoru. Další otázka se týkala množství energie, která se získá z jedné vsázky materiálu v bioreaktoru. Student na tyto otázky částečně odpověděl. Doc. Petr Mastný se zeptal, čím jsou způsobeny výrazné výkyvy teploty v bioreaktoru. Student uvedl, že se jedná o chybu měření způsobenou slunečním svitem. Na základě odpovědi tázající poznamenal, že tyto chybové hodnoty měly být odfiltrovány.

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

doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (člen)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (člen)
Ing. František Vybíralík, CSc. (člen)

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

Student Michal Peterka ve své práci řeší poměrně novou oblast využití energetického potenciálu biodegradačních procesů při kompostování. Cílem bakalářské práce byly nejen rešeršní práce popisující stávající technologie u nás i ve světě, ale hlavně praktické experimenty na dalším typu konstrukce bioreaktoru. Práce navazuje na předchozí bakalářskou práci a vytvořený koncept většího kompostéru, ze kterého lze odebírat teplo pro přípravu TUV a nebo vytápění.
Práce sleduje zadané body zadání a v podstatě naplňuje požadavky osnovy.
Optimalizaci tvaru reaktoru a výpočty efektivních rozměrů jsou však v práci uvedeny jen v základní formě a bez dalšího doporučení. Chybí mi výpočty pro více možných variant tvarového uspořádání.
Student se práci věnoval víceméně během celého semestru, ale jeho aktivita byla spíše průměrná. Reflektoval sice návrhy na realizace experimentů, ale vyžadoval mírnou dopomoc. Tvorba doprovodné dokumentace se soustředila až na konec semestru, z čehož plyne i řada formálních chyb. Za nadbytečné informace považuji i většinu kapitoly 3, zatímco v kapitole 4 jsou jednotlivým typům bioreaktorů věnovány jen velmi stručné komentáře.
Jako pozitivní však hodnotím implementaci technologie výroby bioplynu a experimenty s fermentorem, což přesahuje zámec zadání a nabízí tak další oblast vývoje.  V práci jsou uvedeny nové poznatky, které jsou inovační, jako např. využití teplovodných trubic pro vyvedení tepla z reaktoru.
Práci doporučuji k obhajobě u státní závěrečné zkoušky. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 75
Zobrazit více

Známka navržená vedoucím: C

Posudek oponenta
Ing. Jaroslav Bajko

Bakalářská práce studenta Michala Peterky se zabývá energetickým využitím biomasy. V rešeršní časti jsou přehledně představeny známé technologie a procesy zpracování organické hmoty, včetně kompostování. Ačkoliv je v názvu i cílech práce zmíněn pojem „bioreaktor“, v textu práce je používán vágně, tj. text neobsahuje vymezení, co bioreaktor je a co již není.

Praktická část je věnována analýze teplotních průběhů v existujícím kompostovacím reaktoru, návrhu konceptů pro vylepšení konstrukce a způsobů jímání tepla z reaktoru. Za velmi cenný počin považuji pilotní provedení odvodu tepla pomocí tepelných trubic a návrh jejich připojení do teplovodního okruhu. Neméně kreativní je experimentální jímání bioplynu a ocenit lze také upřímné zhodnocení experimentu a návrhy na zlepšení.

Cíle práce považuji za splněné v dostatečném rozsahu. Kapitoly na sebe logicky navazují, jsou přehledné a obsahují velké množství grafických podkladů v dobré kvalitě.

Z hlediska nalezených nedostatků práce uvádím tyto jednotlivé body jako připomínky k možné nápravě:

Faktické nedostatky:
• Poměr C/N vyzrálého kompostu je typicky 10/1, nikoliv 25-30/1 jak je uvedeno na str. 27.
• Na str. 40, „vodivost“ je zaměněna za „tepelný tok“, který již je vektorovou veličinou a lze mluvit o uspořádání vláken vůči směru tepelného toku.
• Symbol „l“ v rovnici (5.10) není definován.
• Str. 46: pro uvedené poloměry r_1=4,5 cm a r_2=2 cm platí r_1>r_2, což je v rozporu s Obr. 5-14.
• Citace [23] je nepůvodní, tj. neodkazuje na originální text J. Paina: The Methods of Jean Pain: Another Kind of Garden.

Formální nedostatky:
• Nekonzistentní matematické značení veličin (teplota t, T a "ný"), operací (násobení "hvězdička"a "tečka" ), jednotek (KWh a kWh) a legendy grafů (t [°C] a [°C]).
• Nestandartní použití symbolu „=“ společně s textem, např. str. 40, 46, aj.
• Překlepy (v abstraktu, v jednotkách THh místo TWh), chyby v interpunkci.
• Použití staršího termínu „měrné teplo“ místo „měrná tepelná kapacita“, str. 45.

Další komentáře k práci:

• V práci na str. 34 je uvedeno, že čidlo pro měření teploty okolí je vystaveno slunečnímu záření. Neměří tedy teplotu okolí, ale společně teplotu okolí a solární zisky. Naměřené hodnoty použité pro výpočty tepelných ztrát vedením jsou tedy touto solární složkou značně ovlivněny.
• Vhodným rozšířením pro výpočet tepelných ztrát rovinnou stěnou je zahrnutí tepla odvedeného konvekcí z vnějších stěn reaktoru.

Celkově práci doporučuji k obhajobě s hodnocením C / dobře. Otázky k obhajobě:
  1. V jakém místě uvnitř nového reaktoru s tepelnou trubicí bylo umístěno čidlo pro měření teploty?
  2. Jak silná vrstva slámy by se musela použít k izolaci reaktoru, aby tepelné ztráty vedením dosáhly hodnot získaných pomocí izolace 5 cm pěnového polystyrenu, tj. P=13,6 W pro jednu stranu reaktoru s podstavou pětiúhelníku při rozdílu teplot 30,5 °C?
  3. Byla by taková izolace dostatečně prodyšná pro udržení aerobních podmínek v reaktoru?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 70
Zobrazit více

Známka navržená oponentem: C

Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 221,15 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová