Tomografy pozwalają nam „zajrzeć” do wnętrza rur przy reaktorach przepływowych. Aby konstruować takie urządzenia i dostosowane do nich systemy, potrzebna jest wiedza z zakresu matematyki, fizyki, elektrotechniki, elektroniki i informatyki.

OD KILKUSET DO KILKU TYSIĘCY POMIARÓW NA SEKUNDĘ

„Tomografia jest techniką obrazowania wnętrza badanego obiektu, na podstawie pomiarów dokonywanych na jego brzegu. W celu pozyskania informacji o badanym obiekcie wykorzystywane są różne zjawiska fizyczne, gdzie nośnikami informacji są: promienie X, promienie gamma, ultradźwięki, wiązki elektronów, prądy elektryczne, pola magnetyczne" - powiedział PAP dr inż. Tomasz Rymarczyk, dyrektor firmy Netrix, która zajmuje się konstrukcją tomografów.

Netrix opracowuje systemy informatyczno–elektroniczne. Badacze współpracują z trzema uczelniami technicznymi: Politechniką Lubelską, Politechniką Warszawską i Politechniką Łódzką. Dział badawczy spółki tworzy kadra naukowa – doktorzy, profesorowie, doktoranci, m.in. Przemysław Adamkiewicz i Jan Sikora.

Przy tworzeniu nowych produktów inżynierowie spółki starają się upowszechnić wykorzystanie tomografii w przemyśle. Jak tłumaczył dr inż. Rymarczyk, jest wiele rodzajów tomografii, m.in. rentgenowska, impedancyjna, rezystancyjna, ultradźwiękowa, optyczna, magnetyczna indukcyjna, magnetycznego rezonansu jądrowego, sejsmiczna i sonarowa.

„Tomografia pojemnościowa umożliwia obserwację zachodzących zjawisk fizycznych i chemicznych bez potrzeby wnikania w ich wnętrze. Źródłem informacji są pojemności elektryczne pomiędzy elektrodami umieszczonymi na obwodzie czujnika pomiarowego. Bardzo ważną cechą pomiaru w przypadku tomografii pojemnościowej jest to, że czujnik nie musi fizycznie stykać się z badanym medium, dzięki czemu metoda ta jest bezinwazyjna. Dlatego można ją stosować w przemyśle, bo nie zaburza odbywającego się procesu przemysłowego” - uzasadnił dr inż. Rymarczyk.

Jak ocenił, tomografię znamy głównie z branży medycznej, w przemyśle jest ona mniej rozpowszechniona. Tomografy medyczne są kosztowne, nieprzenośne i bazują głównie na promieniowaniu rentgenowskim, które wymaga specjalnych warunków pracy. Ponadto w tomografii rentgenowskiej czas pomiarów może być na tyle długi, że obserwacja niektórych procesów jest niemożliwa.

Firma buduje tomografy niskokosztowe, malutkie przenośne urządzenia rozmiarem podobne do komputera stacjonarnego. Skonstruowanie takiego tomografu wymaga rozwiązań z różnych dziedzin nauki.

„Rekonstrukcja obrazu jest dużo bardziej skomplikowana niż w tomografii medycznej. Największym wyzwaniem dla naszego zespołu było zaprojektowanie systemu, który wykorzystywałby najnowsze osiągniecia zarówno technologiczne, jak i teoretyczne z takich dziedzin nauki jak matematyka, fizyka, elektrotechnika, elektronika i informatyka, co pozwoliłoby na zbudowanie innowacyjnego produktu w skali światowej. To się udało” – zapewnia dr inż. Tomasz Rymarczyk.

Jego zdaniem, do tej pory w środowiskach badawczo–rozwojowych powstawały tomografy, prototypy rozwiązań, które miały często niewystarczające parametry, jeśli chodzi o szybkość analizy przepływających surowców i dokładność rekonstruowanych procesów.

Firma Netrix we współpracy z Politechniką Warszawską opracowała przenośny tomograf pojemnościowy, który zapewnia wielokrotnie szybsze pomiary. Potrafi dokładniej mierzyć określone zjawiska w danym procesie technologicznym. Zastosowano przy tym nowatorskie rozwiązania technologiczne i algorytmy matematyczne niestosowane do tej pory w tomografii procesowej.

Mierzone pojemności są rzędu femtofaradów, co wymaga specjalnych technik pomiarowych. Dane pomiarowe zbierane są tu bardzo szybko - od kilkuset do kilku tysięcy pomiarów na sekundę. Pomiar musi być szybki, bo niektóre procesy przemysłowe przebiegają z dużą prędkością. System pomiarowy składa się z czujnika, specjalizowanej elektroniki do pomiaru pojemności oraz systemu rekonstrukcji i analizy danych. Przeważnie urządzenie montuje się na rurach na stałe, choć ma ono możliwość demontażu.

„Obsługa tomografu nie jest trudna. Polega na tym, że pracownik ma do dyspozycji system informatyczny, za pomocą którego wszystko kontroluje. Tomograf zamontowany jest na hali, a w biurze przed komputerem siedzi pracownik, który dostaje dwojakiego rodzaju informacje. Po pierwsze są to dane liczbowe dotyczące badanych cieczy i zachodzących w niej zjawisk fizycznych. Po drugie – dane wizualne, podane graficznie po to, żeby wzrokowo dostrzec nieprawidłowości i zagrożenia w procesie produkcji” – opisuje dyrektor.

DO ZASTOSOWANIA W WIELU BRANŻACH

Tomograf można dostosować do know-how przedsiębiorstwa i do specyfiki danej branży. Przygotowane rozwiązanie potrafi kontrolować jakość wyrobów w zautomatyzowanych liniach produkcyjnych poprzez identyfikację kształtów, detekcję pęknięć i uszkodzeń oraz prezentować trójwymiarową wizualizację procesów przemysłowych.

Jest to szczególnie ważne dla producentów nabiału, gdzie pieniąca się substancja może prowadzić do strat w produkcji, lub piwa, gdzie pianki produkowane są jako naturalna część procesu parzenia. Z kolei w górnictwie kontrola warstwy piany w komorze flotacji jest krytycznym parametrem procesu. Dodatkowo wszystkie te elementy mają bezpośredni wpływ na ogólną rentowność wytworzenia poprzez poprawę specyfikacji produktu końcowego i wydajności przetwarzania.

Wielofazowe przepływy i wielofazowe reaktory są powszechnie spotykane w działalności branży energetycznej w gazyfikacji węgla (proces emisji dwutlenku węgla), komorach spalania, rafineriach, wiertnictwie naftowym czy transporcie rurociągami.

„Naturalnie złożony charakter przepływów wielofazowych wymaga wielowymiarowej techniki pomiarowej, która dostarcza rzeczywiste monitorowanie w czasie dynamiki procesów i fizyczne właściwości przepływów. Zastosowanie czujników pojemnościowych umożliwia wizualizację procesów spalania węgla, paliwa, kontroli emisji i optymalizacji wytwarzania energii” - mówi dr inż. Rymarczyk.

Dodaje, że wytwarzanie leków często wymaga systemu zasilania wielofazowego. Skalowalność i elastyczność czujników w tomografie pojemnościowym stanowi bezcenne narzędzie do monitorowania różnej fazy procesu jego produkcji. Zastosowanie urządzenia umożliwia wizualizację przepływu, procesu mieszania i monitorowanie reakcji chemicznych w procesie technologicznym produkcji. System tomograficzny ma również zastosowanie w technologii inżynierii procesowej jako narzędzie do diagnostyki sterowania. Pozwala to na zwiększenie wydajności poprzez wizualizację procesu, przekazywanie w czasie rzeczywistym danych do jednostki sterującej, która zapewnia optymalne i niezawodne sterowanie danym procesem.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

kol/ mrt/