Online karakterizacija tekočin v kovinsko predelovalni industriji

Blaž

(L2-2611) Online karakterizacija tekočin v kovinsko predelovalni industriji

V okviru aplikativnega projekta se bomo soočili z nekaterimi izmed izzivov karakterizacije tekočin v kovinskopredelovalni industriji. Raziskave bomo usmerili na naslednja tri področja meritev:

a) Koncentracija emulzije

V okviru projekta smo si zastavili cilj raziskati in razviti robusten senzor lomnega količnika (LK) za online meritve koncentracije, primernega za uporabo v kovinskopredelovalni industriji. V ta namen bomo uporabili tehnologijo zaznavanja na osnovi optičnih vlaken, ki omogočajo robustne in kompaktne rešitve, primerne za uporabo v industrijskih okoljih. Na tem področju obstajajo številni raziskovalni in razvojni izzivi, ki jih je potrebno rešiti, preden bi se lahko senzorji LK na osnovi optičnih vlaken varno vgradili v agresivno okolje, kot ga predstavljajo zbiralniki emulzije.

Slika 1 Mikro celice s kratko votlino.

a-1) Odmevnejši rezultati projekta:

V okviru projekta je bil razvit on-line merilnik koncentracije emulzije, ki deluje na osnovi optičnega vlakenskega refraktometra. Merilnik je instaliran v industrijskem obratu podjetja Marovt v Slovenski Bistrici, kjer se kontinuirano izvajajo in arhivirajo meritve emulzije CNC obdelovalnega stroja. Merilni sistem je v podjetju Marovt instaliran že več kot 2 leti.

Rezultati so bili nedavno objavljeni v naslednjem članku: * Pevec, S., Kunavar, J., Budinski, V., Njegovec, M., and Donlagic, D., “An All-Fiber Fabry-Perot Sensor for Emulsion Concentration Measurements,” Sensors-Basel 23(2023).

Povezava na članek: https://doi.org/10.3390/s23041905

Celoten sistem je shematično prikazan na sliki 2 s fotografijo sistema, ki je bila posneta v objektu podjetja Marovt d.o.o..

Slika 2 (a) Shema merilnika koncentracije emulzije instaliranega v industrijskem okolju, (b) Mehanski del z motoriziranim XY vodilom, posodami, filtri in črpalkami, nameščen v industrijskem okolju na stroju CNC.

b) Meritve v industrijskih kopelih za eloksiranje

Online kemijska analizo kopeli za eloksiranje predstavlja enega večjih izzivov s katerimi bi se radi spoprijeli v okviru tega projekta. Obstaja velika potreba po online spremljanju in samodejnem odmerjanju različnih kemikalij, ki so prisotne pri procesih eloksiranja, kot sta tesnjenje »sealing« in barvanje.

Pričakujemo, da bomo z uporabo posebej zasnovane mikrocelice razvili senzorski sistem, ki temelji na merjenju spektralne absorpcije/barve. Zaradi majhnih dimenzij celice je uporaba analita in reagentov zmanjšana na minimum, kar bo prispevalo k prihranku denarja in tudi k zmanjšanju onesnaževanja okolja.

Slika 2 Senzor na osnovi mikro-celice: (a) direktno merjenje spektralne absorpcije, (b) posredno merjenje spektralne absorpcije za detekcijo fuoridov.

b-1) Odmevnejši rezultati projekta:

V okviru projekta je bil razvit on-line absorbcijski merilnik barvila »Dark inox« prikazan na sliki (Slika 4). Merilnik je instaliran v industrijskem obratu podjetja Aluminium Kety Emmi d.o.o. v Slovenski Bistrici.

V zadnjih mesecih smo uspeli shraniti dolgoročne poteke meritev iz katerih se že kažejo nekateri trendi in korelacije s porabljenim barvilom, vendar pa imamo za končne sklepe trenutno še premalo podatkov. Po zaključenih serijah v začetku leta 2023 bomo lahko natančneje analizirali pridobljene rezultate in iz njih sklepali na preostalo količino barve v kopeli.

Slika 4 Merilna celica s pretočno črpalko in varnostnimi mehanizmi instalirana v podjetju Aluminium Kety Emmi d.o.o.

c) Meritve prisotnosti delcev v industrijskih mazivnih oljih

Tehnologijo senzorjev z optičnimi vlakni želimo uporabiti za spremljanje kontaminacije olja. To lahko ima dodatne prednosti, saj lahko tehnologija vlakenskih senzorjev ponuja kompaktne rešitve z dimenzijami senzorjev v razponu od 125 mm, ki omogoča namestitev senzorja v težkih okoljih v neposredni bližini virov onesnaženja (vrtljive gredi, ležaji itd.). S tem bi prispevali k zgodnjemu odkrivanju napak na kritičnih delih stroja. Tehnologije optičnih vlaken zagotavljajo tudi številne druge prednosti, saj omogočajo meritve v agresivnih pogojih, kot so visoke temperature, visoki tlaki, kisla / bazična okolja, elektromagnetno in radioaktivno onesnaženo okolje. Predlagani senzorji s svojimi prednostmi bodo tako omogočili ne le optimalno izkoriščenost olja in zaščito strojev, temveč tudi veliko podporo za posrednemu spremljanju stanja kritičnih komponent v mehanskih sistemih.

Slika 3 Eksperimentalna postavitev za karakterizacijo kontaminacije olja na osnovi spektralne analize.

Faze projekta:

DS1. Vodenje projekta – priprava spletne strani.

DS2. Priprava idejne zasnove in izdelava senzorjev

DS3. Koncept online merjenja koncentracije emulzije bomo preverili z uporabo mikro-optičnih senzorjev na osnovi mirko-celic s kratkimi votlinami, nameščenimi v rezervoarju stroja.

DS4. Koncept karakterizacije kopeli za eloksiranje bomo preverili z uporabo senzorev na osnovi optičnih/kapilarnih mikro-celic.

DS5. Koncept zaznavanja kontaminacije olja bomo preverili z uporabo absorpcijske mikrocelico za odkrivanje kontaminacij motornega olja.

DS6. Prilagajanje senzorskih sistemo na osnovi absorbcijskih mikro-celic za obratovanje in merjenje v realnemu okolju v realnem času.

DS7. Sistematične meritve odzivov senzorjev na različne procesne pogoje in dogodke (ponovno polnjenje emulzije, doziranje, itd.)

DS8. Optimizacija senzorskih sistemov in optimizacija stroškov.

Trajanje projekta:1.9.2020 – 31.8.2023

Vodja projekta: doc. dr. Simon Pevec

Sodelujoče raziskovalne organizacije in raziskovalci:

Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko:

– doc. dr. Simon Pevec (SICRIS) 

– red. prof. ddr. Denis Đonlagić (SICRIS)

– doc. dr. Matej Njegovec (SICRIS)

– asist. dr. Vedran Budinski (SICRIS)

– doc. dr. Bojan Gergič (SICRIS)

Sofinancerji:

Marovt d.o.o. http://www.marovt.com/

Aluminium Kety Emmi d.o.o https://www.emmi.si/