Mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije, Grand hotel
LETNIK 03 • ŠT. 02 2014 04 APRIL 2014 svetstrojništva Zveza Strojnih Inženirjev Slovenije svetplina PREDSTAVLJAMO: • Ocenjevanje tveganja na prenosnem sistemu za zemeljski plin • Mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije • Plin - gorivo bodočnosti PREDSTAVLJAMO: • Sejem priložnosti • Rektorjeve nagrade • MCGYVER 6.0. • Multiparametrična enačba zmesi • Mikrostrukturni sistem za sintezo ionskih tekočin Mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije, Grand hotel Union, 30. september 2014 ZSIS KAZALO UVODNIK Slovenia KAZALO UVODNIK • Povabilo k sodelovanju: Plin in plinske tehnologije - mednarodno posvetovanje 4 s l o v e n i j e ŠTUDENTSKI POGLEDI • MCGYVER 6.0 • Multiparametrična enačba stanja za zmesi 9 12 V SREDIŠČU • Ocenjevanje tveganja na prenosnem sistemu za zemeljski plin • Koncept in izvedba polnilnic SZP v Sloveniji • Mednarodno posvetovanje - plin in plinske tehnologije • Plin - gorivo bodočnosti • Energija usmerjena v prihodnost • Napovednik - SAMKIZ 2014 • Imp • Razvoj mikrostrukturnega sistema za sintezo ionskih tekočin z vidika elektroerozijske obdelave 15 19 20 24 31 31 32 33 SVETOVALEC • Tehnološki park Ljubljana USODNA NIT MEDNARODNO POSVETOVANJE RAZVITO V SLOVENIJI 47 48 Na naslovnici: “Plinovod” Odgovorni urednik: Iztok Golobič Urednica: Andreja Cigale Tehnični urednik: Žiga Zadnik Lektoriranje: Andreja Cigale Ime in sedež založnika: ZSIS, Karlovška cesta 3, 1000 Ljubljana Leto izida publikacije: 2014 Leto natisa ali izdelave publikacije: letnik 03, št. 02 Število natisnjenih izvodov: 150 Tiskarna: Alfagraf d.o.o Informacije so točne v času tiska. Preverite www.zveza-zsis.si za posodobitve. Svet strojništva (ISSN-2350-3505), revija, je vpisana v razvid medijev, ki ga vodi Ministrstvo za kulturo RS, pod zaporedno številko 872. Revija je brezplačna za člane Zveze strojnih inženirjev Slovenije, podjetja, izobraževalne ustanove in drugo zainteresirano javnost na območju Republike Slovenije. Objavljeni avtorski prispevki v promocijskem delu revije Svet Strojništva izražajo mnenja in stališča avtorjev in ne izražajo nujno tudi mnenja uredniškega odbora ali izdajatelja. Avtorske pravice za revijo Svet strojništva so last izdajatelja. Uporabniki lahko prenašajo in razmnožujejo vsebino zgolj v informativne namene, ob pisnem soglasju izdajatelja. Revija Svet strojništva je dosegljiva tudi na internetni strani v elektronski obliki pod www.zveza-zsis/svetstrojništva. Copyright © Svet strojništva. 2 človeku in okolju prijazna energija Med pomembnejše prednosti zemeljskega plina zanesljivo sodijo izjemno visok energetski izkoristek, okolju prijazen proces izgorevanja in konkurenčna cena. V primerjavi z drugimi fosilnimi gorivi najmanj obremenjuje okolje. V pričujoči številki predstavljamo zemeljski plin v vsej njegovi širini. Zveza strojnih inženirjev Slovenije in Skupina za plinske tehnologije si prizadevata za večjo prepoznavnost zemeljskega plina kot energenta v končni porabi, s tem namenom bo tudi letos organiziran posvet, ki bo združil slovenske in mednarodne strokovnjake s področja plina in plinskih tehnologij. V reviji Svet strojništva bomo spremljali dogajanje in novosti s tega področja. w w w . z v e z a - z s i s . s i JEZIKOVNI ODTENKI 40 42 44 Zemeljski plin – s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v 8 i n ž e n i r j e v s t r o j n i h 5 7 s t r o j n i h z v e z a • Sejem priložnosti • Rektorjeve nagrade za naj inovacijo Univerze v Ljubljani • Predstavitev proizvodnega programa DE-STACO na FS z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i INFORMATOR Prelistajte Svet strojništva tudi na spletu: http://www.zveza-zsis.si/svetstrojnistva Andreja Cigale 3 INFORMATOR SEJEM PRILOŽNOSTI Tomaž Rakar, organizator dogodka in predsednik Študentske organizacije FS LJ “Vrzi mrežo, ujemi delodajalca’’, tako se w w w . z v e z a - z s i s . s i z v e z a glasi slogan, ki je zaznamoval torek 25. 3. 2014. Ta dan smo študenti iz Študentske organizacije in Študentskega sveta v sodelovanju s predstavnico Kariernega centra UL, Andrejo Jurček, organizirali dogodek z imenom ‘’SEJEM PRILOŽNOSTI’’. i n ž e n i r j e v z v e z a s t r o j n i h Povabili smo 11 slovenskih podjetij, katera bolj ali manj krojijo slovensko gospodarstvo in so zelo prepoznavna v tujini. Z nami so bili, Hella Saturnus Slovenije, Gorenje, Kolektor, Plinovodi, Estoceh, Hidria, Petrol, Domel, Plastika skaza, Tecos in Danfoss. Povabili smo različna podjetja, ki potrebujejo naš kader in tako v večini pokrili želje ter naše usmeritve, ki se izvajajo na fakulteti. Dogodek se je pričel z info točko v V. nadstropju, kjer so se delodajalci prijavili in nato pripravili svoje razstavne prostore. Sledil je uvodni pozdrav/nagovor v Leskovarjevi sobi. Najprej je spregovoril vodja organizacijskega odbora Tomaž Rakar, nekaj besed je z nami delila tudi prorektorica Univerze v Ljubljani, prof. dr. Maja Makovec Brenčič, in ob koncu je predstavnike podjetij pozdravil dekan Fakultete za strojništvo, prof. dr. Branko Širok. Potek dogajanja Ob 13.00 so se pričele predstavitve vseh podjetij. Vsako podjetje je imelo na voljo 10 min časa za predstavitev svoje dejavnosti, izdelkov, ki jih izdelujejo, in kar je študente najbolj zanimalo, možnosti sodelovanja z njimi. Po uspešnih predstavitvah je sledil kratek odmor z mreženjem, ki je potekal med obema predavalnicama (V/2 in V/8). Študenti in delodajalci so se prepustili toku mreženja in takrat se je slogan ‘’vrzi mrežo, ujemi delodajalca’’ v praksi preizkusil in dokazal, da ni le napisan rek. Na žalost so študenti morali potegnit svoje mreže iz vode, saj je bil čas za hitre razgovore. Stojnice 4 5 w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v Študentom smo ponudili priložnost, da se povežejo z industrijo bodisi s štipendijo, študijsko prakso, ki jo moramo opraviti ob koncu študija, ali možnostjo teme za diplomsko oz. magistrsko delo. s l o v e n i j e s l o v e n i j e s t r o j n i h Ideja o izpeljavi takega dogodka je bila dolgo v naših glavah organizatorjev. Nismo dobili pravega vzgonskega vetra, ki bi nas popeljal naprej. Od ideje do samega dogodka je bila strma pot. Vendar smo se jo lotili z optimizmom in navdihom, saj smo vedeli, da nam bo to prineslo dodaten zagon in motivacijo. INFORMATOR INFORMATOR so se spremenile v mini kadrovske pisarne, kjer so delodajalci imeli priložnosti najti bodoče štipendiste ali celo sodelavce. Vse skupaj se je zelo hitro odvijalo, prostor je bil poln kariernega optimizma. Veliko jih meni, da so danes težki časi, jaz pa pravim, da so danes časi priložnosti in iznajdljivosti, ki jih moraš izkusiti in izkoristiti. V letošnji izbor se je uvrstilo 19 inovativnih predlogov in idej. Predstavitve in izbor so potekali od 24. februarja do 10. marca v prostorih Ljubljanskega univerzitetnega inkubatorja. Rektor Univerze v Ljubljani, prof. dr. Ivan Svetlik, je 26. marca 2014 podelil Rektorjeve nagrade za naj inovacijo Univerze v Ljubljani 2014. Tretje mesto - projekt Tehnologija Disipativnih Granuliranih Materialov Omogoča optimalno izkoriščanje dušilnih lastnosti polimernih materialov in s tem maksimalno znižanje vibracij in hrupa. Člani podjetniške skupine: Marko Bek, prof. dr. Igor Emri, dr. Anatolij Nikonov, Alen Oseli, Tina Golob, prof. dr. Roko Žarnić, prof. dr. Hongbing Lu, prof. dr. Arkady Voloshin, prof. dr. Julius Kalpunov, Pavel Oblak, Uroš Mavec. [ Vir: http://www.uni-lj.si/aktualno/novice] z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i Ni dovolj, da si samo dober študent, razviti moraš tudi svoje osebnostne lastnosti in kompetence, zaradi katerih postaneš boljši človek, sodelavec ali vodja. Veliko študentov razmišlja in išče priložnosti v tujini. Sam osebno menim, da se lahko povežemo in skupaj s sodelovanjem stopimo na skupno ladjo, ki pelje v svetlo prihodnost. 6 s l o v e n i j e s l o v e n i j e S tem dogodkom smo želeli priti bližje industriji, saj se nam na fakulteti zdi, da premalo sodelujemo oz. smo vpeti v industrijsko okolje. Tudi delodajalci tako lažje pridejo do najbolj zagnanih, izvirnih in delovnih študentov. Če bi bili študenti že v času študija bolj povezani z industrijo, bi na tak način spoznali delovanje, mišljenje bodočega delodajalca, zaposlitev pa bi bila veliko lažja in hitrejša. Upamo, da smo naredili uspešen prvi korak. i n ž e n i r j e v i n ž e n i r j e v Zaključek Drugo mesto - projekt Rotacijski generator hidrodinamske kavitacije Z uporabo hidrodinamske kavitacije odstranjujejo zdravilne učinkovine iz odpadnih voda in uničujejo legionelo v pitni vodi. Člani podjetniške skupine: prof. dr. Branko Širok, dr. Matevž Dular, Martin Petkovšek, dr. Mojca Zupanc. s t r o j n i h s t r o j n i h Kako je dogodek potekal, si lahko pogledate tudi na naši facebook strani. Natečaj za Rektorjevo nagrado za naj inovacijo Univerze v Ljubljani predstavlja spodbudo za razvoj in trženje tako tehnoloških kot netehnoloških inovacij ter inovativnih podjetniških idej, nastalih na Univerzi v Ljubljani. Namen natečaja je, da spodbudi inovativne posameznike, da svoje ideje preoblikujejo v tržno zanimive izdelke, storitve, rešitve, jih povežejo v podjetniška delovanja ali druge oblike (npr. patente). Prvo mesto - projekt Enolyse Razvit je sistem za nadzor fermentacije vina. Trenutno razvijajo senzor za merjenje sladkorja, hkrati pa tudi mobilno in spletno aplikacijo za spremljanje poteka fermentacije. Člani podjetniške skupine: Jaka Ogorevc, Martin Blazinšek, Primož Zajec, Petra Malavašič, Matic Krajnc, Nejc Stanko in Diano Kitanovski. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i Kot se spodobi po napornem popoldnevu, je sledila pogostitev vseh sodelujočih. Ob hrani in pijači se je mreženje nadaljevalo. Rektorjeve nagrade za naj inovacijo Univerze v Ljubljani 2014 7 ŠTUDENTSKI POGLEDI: MACGYVER 6.0 INFORMATOR MacGyver 6.0 Predstavitev proizvodnega programa DE-STA-CO na FS Miha Bokan, Fakulteta za strojništvo, UL s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a Slika 1: Team Zeta Skozi proizvodni program DE-STA-CO sta nas popeljala Robert Kasalo, vodja projektov tehničnih aplikacij v podjetju DE-STA-CO Europe GmbH iz Nemčije in Drago Lah, komercialist prodaje v podjetju Halder d. o. o., ki na slovenskem tržišču zastopa izdelke blagovne znamke DE-STA-CO. Predstavnika obeh podjetij sta nam najprej pokazala in predstavila skupine izdelkov, med katere štejemo ročna in pnevmatska vpenjala, 8 Miha Bokan, [email protected] Marko Mihalec, [email protected] Jaka Javh, [email protected] Peter Panjan, [email protected] udeleženci s pomočjo omejenega materiala izdelati in predstaviti napravo, ki bo kar najbolje uresničevala zadano nalogo. Pri tem se poleg izdelave upošteva tudi funkcionalnost koncepta, kompleksnost ter seveda stroški take naprave. Kategorija Case Study je naravnana nekoliko bolj teoretično, saj tu ne gre za gradnjo ali ustvarjanje s pomočjo omejenega materiala - tekmovalci praktične probleme rešujejo teoretično, pri čemer pa je izrednega pomena kreativnost in praktična uporabnost predstavljenih rešitev. Tekmovanje vsako leto navduši mnogo študentov, zato je še pred samim tekmovanjem potrebno rešiti prednalogo, na podlagi katere se izbere 10 najboljših ekip za vsako kategorijo. Pohod ekipe Team Zeta Za tekmovanje smo se odločili tudi štirje študenti Fakultete za strojništvo. Ekipo po imenu Team Zeta smo sestaviljali Miha Bokan, Jaka Javh, Marko Mihalec in Peter Panjan. Ekipo smo sestavili stari prijatelji tako, da je vsak član doprinesel nova znanja, hkrati pa smo 9 w w w . z v e z a - z s i s . s i BEST (Board of European Students of Technology) Ljubljana je že šesto leto izpeljalo znano inženirsko tekmovanje EBEC Ljubljana oz. MacGyver. Podobna tekmovanja širom Evrope organizirajo tudi druga BEST društva, najboljše ekipe z lokalnih in regionalnih tekmovanj pa se med seboj pomerijo na finalnem vseevropskem tekmovanju, ki bo letos potekalo v Rigi. Tekmovanje je namenjeno vsem študentom Univerze v Ljubljani, predvsem tistim s tehničnih ali naravoslovnih smeri. Tekmovanje poteka v dveh kategorijah: Izdelava v skupinah - Team Design ter Študija primera – Case study. Team Design je kategorija, kjer morajo Za več informacij nas lahko kontaktirate na: s l o v e n i j e Posebnost in novost proizvodnega programa DE-STA-CO so pnevmatska vpenjala serije 82M-3E, ki imajo pnevmatično gnane gibe in je njihov kot gibanja mogoče enostavno nastavljati preko nastavitvenega vijaka, kar predstavlja na tržišču zelo uporabno novost. Za ta vpenjala sta nam predstavnika v Showmobilu prikazala njihovo dejansko delovanje in način nastavitve gibov. Slika 2: Skupinska slika Team Design tekmovanja i n ž e n i r j e v komponente za avtomatizacijo, prijemala, prijemalne prste in priseske. Za posamezne razstavljene komponente sta nam prikazala njihovo delovanje in varnost naprav. s t r o j n i h 1. aprila 2014 se je na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani v okviru svoje promocijske poti po Sloveniji ustavil promocijski kombi, ki je preurejen tako, da na zelo nazoren način prikaže proizvodni program podjetja DE-STA-CO (www.destaco.com). Namen obiska je bil, da seznanimo tako zaposlene na fakulteti kot študente strojništva in bodoče inženirje s programom enostavnih in učinkovitih vpenjalnih naprav, ki jih odlikuje natančnost in dobra ponovljivost gibov ter dolga življenjska doba. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i Mihael Debevec, Fakulteta za strojništvo v Ljubljani MacGyver 6.0 je inženirsko tekmovanje za iznajdljive in nadobudne študente vseh področij tehnike. Tekmovanje je letos potekalo na Gospodarskem razstavišču 6. in 7. marca. Poimenovano je po znanem filmskem liku MacGyverju, osebi, ki je sposobna s pomočjo sponke za papir, lepilnega traku in veliko iznajdlivosti izdelati kompleksne tehnične pripomočke. V podobnem stilu se izvaja tudi to tekmovanje, na katerem pa smo se z napravo poimenovano Čudežna škatlica najbolje odrezali študenti Fakultete za strojništvo, UL, člani ekipe Team Zeta. Slika 6: Predstavitev naprave Kako naprej? Slika 3: Vrstična animacija delovanja transportne naprave i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a “Niti ne, če je ves material, ki ga imaš na voljo, nekaj palic lesa, stiropor, nekaj cevi in žice ter naslovnemu junaku nepogrešljiva sponka za papir in lepilni trak. “ 10 Daljša faza konceptiranja je odvzela nekaj časa izdelavi, zato je bil vsak član ekipe še zelo hvaležen za vse izkušnje ustvarjanja v domači garaži. Gradili smo, lepili, žagali, sestavljali in nastala je kompaktna čudežna škatlica, katere delovanje je bilo očem skrito (slika predstavitve naprave). Slika 4: Čudežna škatljica Slika 5: Stolpična animacija delovanja transportne naprave Demonstracija delovanja bi terjala še dodelavo s posebnimi filmskimi učinki, kar pa ne velja tudi za predstavitev našega izdelka. Z izpostavitvijo ključnih lastnosti izdelka smo naredili dober vtis na komisijo. Slika 7: Demonstracija naprave transportne naprave, ki bo sposobna na paleto zlagati četverice izolacijskih panelov velikosti 50 x 50 x 20 mm. 11 w w w . z v e z a - z s i s . s i Enostavno? Osem ur, ki smo jih imeli na voljo, smo si razporejali po lastni presoji. V primerjavi z ostalimi ekipami smo veliko več časa porabili za iskanje optimalne rešitve in za predvidevanje možnih zapletov, nekaj manj časa pa sami izdelavi. Pri tem so do izraza prišle predvsem sposobnosti kritičnega pretresanja idej in kreativnega iskanja rešitev, ki smo jih osvojili tekom študija na Fakulteti za strojništvo. s l o v e n i j e Glavna tekmovalna naloga je bila osnovana na praktičnem problemu, ki nam jo je predstavil predstavnik pokrovitelja, škofjeloškega podjetja Knauf Insulation. Naloga se glasi: naredite napravo, ki bo sposobna na paleto zlagati četverice izolacijskih panelov velikosti 50 x 50 x 20 mm. Paneli prispejo do naprave po tekočem traku, paziti pa je treba, da so zaradi zaščite dekorativne plasti na paleti obrnjeni izmenično (glej sliko). Še pred tekmovanjem je padla ideja, da bi lahko zmagali. Ideja šaljive narave se je z nekaj truda ter odločnosti uresničila in s takšno popotnico se podajamo na regionalno tekmovanje regije AlpeAdria v Mariboru in kdo ve, morda se uvrstimo celo na evropski finale v Rigi. i n ž e n i r j e v si dovolj podobni, da smo delovali povsem enotno in racionalno. Prednaloga nam je služila kot ogrevanje, s pomočjo katere smo se uvrstili na tekmovanje v kategoriji izdelave v skupini. s t r o j n i h s l o v e n i j e ŠTUDENTSKI POGLEDI: MACGYVER 6.0 z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i ŠTUDENTSKI POGLEDI: MACGYVER 6.0 ŠTUDENTSKI POGLEDI: MULTIPARAMETRIČNA ENAČBA STANJA ZA ZMESI MULTIPARAMETRIČNA ENAČBA STANJA ZA ZMESI s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h GERG-2008 je širokoobmočna enačba stanja zemeljskega plina in drugih zmesi, ki izpolnjuje zahteve iz standardnih in naprednih aplikacij zemeljskega plina. Uporablja se za zmesi, ki so sestavljene v poljubni kombinaciji z 21 komponentami, navedenimi v preglednici 1. Glavne komponente ZP Nadaljnji ogljikovodiki Dodatne komponente Metan n-Butan Vodik Dušik Izobutan Vodikov sulfid Ogljikov dioksid n-pentan Ogljikov monoksid Etan Izopentan Voda Propan n-Heksan Kisik n-Oktan Argon n-Nonan Helij n-Dekan Preglednica 1: Komponente, upoštevane pri oblikovanju enačb stanja GERG-2008 [1]. 12 V preglednici 2 so podane sestave obravnavanih zemeljskih plinov, ki so podane v standardu EN ISO 12213-2-2009. Podrobneje bomo obravnavali plin 4 in plin 5, in sicer zaradi njune najbolj različne sestave – plin 4 vsebuje vse od naštetih komponent, plin 5 pa najmanj. KompoPlin 1 Plin 2 Plin 3 Plin 4 Plin 5 Plin 6 nenta 0,006 0,005 0,015 0,016 0,076 0,011 CO2 N2 0,003 0,031 0,01 0,1 0,057 0,117 H2 0 0 0 0,095 0 0 CO 0 0 0 0,01 0 0 CH4 0,965 0,907 0,859 0,735 0,812 0,826 C2H6 0,018 0,045 0,085 0,033 0,043 0,035 C3H8 0,0045 0,0084 0,023 0,0074 0,009 0,0075 iso-C4H10 0,001 0,001 0,0035 0,0012 0,0015 0,0012 n-C4H10 0,001 0,0015 0,0035 0,0012 0,0015 0,0012 iso-C5H12 0,0005 0,0003 0,0005 0,0004 0 0,0004 n-C5H12 0,0003 0,0004 0,0005 0,0004 0 0,0004 C6H14 0,0007 0,0004 0 0,0002 0 0,0002 C7H16 0 0 0 0,0001 0 0,0001 C8H18 0 0 0 0,0001 0 0 Preglednica 2: Sestave obravnavanih zemeljskih plinov [2]. V naši nalogi smo primerjali vrednosti kompresijskega faktorja Z za zmesi iz preglednice 2. Kompresijski faktor smo določili po GERG-2008 enačbi stanja ter po Lee-Kesler-Plöcker (LKP) metodi ter ju primerjali z vrednostmi kompresijskega faktorja iz standarda EN ISO 12213-2-2009. Rezultati za plin 4 in 5 so podani v preglednici 3. p[MPa] 6 6 6 6 6 12 12 12 12 12 T[°C] 270 280 290 310 330 270 280 290 310 330 GREG 2008 0,82627 0,84990 0,86967 0,90076 0,92391 0,69519 0,73775 0,77376 0,83048 0,87249 LKP 0,82306 0,84768 0,86817 0,90016 0,92378 0,68522 0,72967 0,76751 0,82716 0,87109 %AAD GERG LKP 0,02178 0,36804 0,02471 0,23661 0,02645 0,14649 0,02664 0,04012 0,02489 0,01089 0,03021 1,48581 0,00678 1,11398 0,00905 0,80492 0,03131 0,36997 0,04355 0,11739 w w w . z v e z a - z s i s . s i z v e z a Under the mentorship of prof. dr. Iztok Golobič we dealed with multiparametric equations of state based on dimensionless Helmholtz free energy, which are used to describe thermodynamic properties of real pure fluids and mixtures and correspondence Lee-Kesler-Plöcker equation of state. We compared different equations of state for gas mixtures that are given in standards EN ISO 12213-2-2009. LKP 0,88465 0,90096 0,91479 0,93679 0,95332 0,80964 0,83810 0,86238 0,90115 0,93021 s l o v e n i j e Obravnavali smo multiparametrične enačbe stanja, ki temeljijo na brezdimenzijski Helmholtzevi prosti energiji, s katerimi popisujemo termodinamične lastnosti realnih čistih fluidov in zmesi ter korespondenčno LeeKesler-Plöcker enačbo stanja. Izvedli smo primerjavo med njima za plinske zmesi, ki jih zajema standard EN ISO 12213-2-2009. GREG 2008 0,88593 0,90179 0,91530 0,93695 0,95334 0,80955 0,83738 0,86111 0,89908 0,92774 i n ž e n i r j e v Abstract: T[°C] 270 280 290 310 330 270 280 290 310 330 %AAD GERG LKP 0,04854 0,09616 0,03881 0,05325 0,03168 0,02447 0,02241 0,00562 0,01678 0,01482 0,08523 0,07441 0,05254 0,03309 0,03019 0,11760 0,00556 0,22405 0,00862 0,27411 s t r o j n i h Povzetek: kjer je α Helmholtzeva prosta energija, δ je reducirana gostota, τ je inverzna reducirana temperatura in x je molski delež. Navedena enačba je sestavljena iz dela, ki popisuje idealni plin, iz prispevka čiste snovi ter reduciranega dela. p[MPa] 6 6 6 6 6 12 12 12 12 12 Plin 4 Z standard 0,8855 0,90144 0,91501 0,93674 0,95318 0,81024 0,83782 0,86137 0,89913 0,92766 Plin 5 Z standard 0,82609 0,84969 0,86944 0,90052 0,92368 0,69540 0,73780 0,77369 0,83022 0,87211 z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i Ana Marušič, [email protected] prof. dr. Iztok Golobič Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani GERG-2008 enačba stanja za zmesi je podana v obliki [1] Preglednica 3: Kompresijski faktor, določen po različnih metodah za plin 4 in 5 Opazimo, da se v večini primerov vrednosti po GERG-2008 v primerjavi s standardom začnejo razlikovati med seboj pri četrtem decimalnem mestu, vrednosti po LKP pa se začnejo razlikovat od standarda že pri drugi decimalki. V programu GERG-2008 smo dobili vrednosti z devetimi decimalnimi mesti, kar pomeni, da so vrednosti, ki nastopajo v enačbi zelo natančno določene, da lahko dajo vrednost, ki ima tako veliko število decimalk, vendar smo zaradi lažje primerjave rezultat skrajšali na pet decimalnih mest. Negotovost rezultata iz programa je ocenjena na ± 0,1 %. Za lažjo predstavo številčnih rezultatov smo pripravili tudi slikovno ponazoritev rezultatov. Na sliki 1 vidimo Absolutni odklon med rezultati posameznih metod glede na temperaturo za plin 4. Opazimo, da ima največja odstopanja LKP metoda pri 12 MPa, najmanjše odstopanja pa imata GERG-2008 enačba stanja pri 12 MPa in LKP metoda pri 6 MPa. 13 V SREDIŠČU ŠTUDENTSKI POGLEDI: MULTIPARAMET... w w w . z v e z a - z s i s . s i s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a [2] SIST EN ISO 12213-2 2009, International Organization for Standardization, Bruselj, 2009. Slika 2: Absolutni odklon med rezultati posameznih metod glede na temperaturo za plin 5. 14 “Najbolj neželen dogodek na plinovodnem omrežju je nenadzorovan iztok in vžig zemeljskega plina iz sistema zaradi poškodbe cevovoda. Posledica je potencialna ogroženost (tveganje) za prebivalce ali objekte v bližini. “ Tveganje je na splošno definirano kot merilo za pogostost in resnost poškodb zaradi nevarnosti. V tem primeru je nevarnost označena s prisotnostjo nevarne substance – zemeljskega plina, ki ima eksplozivne oz. gorljive lastnosti, in ki lahko povzroči poškodbe na ljudeh, lastnini in okolju. Te vrednosti so običajno podane z zakonodajo v pravilnikih posamezne države. Za primerjavo: letna verjetnost smrtnosti za posameznika, starega 10 let (podatki danske statistike med letoma 2000 in 2005), zaradi vseh možnih vzrokov skupaj, znaša pribl. 1.10-4/ leto, torej je 100-krat višja od zgoraj navedene meje. Za ocenjevanje tveganja se običajno uporabljajo posebni modeli, ki morajo biti izdelani v skladu s standardi in predpisi. Njihova osnovna naloga je modeliranje posledic dogodkov, ustrezno napovedovanje pogostosti dogodkov ter zmožnost ocene spremenjenega tveganja v primeru uporabe posebnih ukrepov za dodatno zaščito plinovodnih objektov pred dejavniki tveganja. Posledice neželenega iztoka in vžiga plina iz cevovoda, ki povzročajo poškodbe na okolici, so običajno toplotno sevanje gorečega curka plina (na odprtem) ali eksplozija mešanice zemeljskega plina in zraka (v zaprtih prostorih). Prvi primer velja za prenosne cevovode pri poškodbah le-teh, drugi pa običajno za zaprte plinovodne objekte, kot so npr. merilno-regulacijske postaje (MRP). Učinki toplotnega sevanja na ljudi so odvisni od ve15 w w w . z v e z a - z s i s . s i [1] Kunz O., Wagner W.: WideRange Equation of State for Natural Gases and Other Mixtures: An Expansion of GERG2004, Journal of Chemical & Engineering Data, Vol. 57, pp. 3032 – 3091, 2012. Varnost izhaja iz presoje o sprejemljivosti tveganja: aktivnost se oceni za varno, če se stopnja njenega tveganja oceni za sprejemljivo. Tako je v večini držav EU sprejeta splošna sprejemljiva stopnja tveganja za posameznika (letna verjetnost, da oseba umre), ki ga povzročajo cevovodi z zemeljskim plinom, 1.10-6/leto, torej 1:1.000.000. s l o v e n i j e Literatura Skladno z vedno večjimi zahtevami za zagotavljanje zanesljivega, varnega in neprekinjenega obratovanja plinovodnih sistemov z minimizacijo vplivov na okolje in zgodnje odkrivanje tistih delov sistema, ki povzročajo večje tveganje za obratovanje in delovanje sistema, je treba vzpostaviti sistem ocenjevanja in nadzora tveganja, ki omogoča sistemskemu operaterju stalno tehnično spremljanje obratovalne sposobnosti in odkrivanje potencialnih tveganj, ki nastanejo zaradi tehnično-tehnoloških oz. obratovalnih razlogov ali vplivov okolice. Vse višja starost obstoječih omrežij in plinovodov za prenos zemeljskega plina ter hkrati s tem, spričo vedno večjih energetskih potreb evropskih držav, umeščanje novih visokotlačnih plinovodov v prostor s stališča zagotavljanja obratovalne zanesljivosti in ohranjanju vplivov na okolje zahteva sistematični pristop in ustrezen sistem za sledenje tveganj ter pravočasno izvedbo potrebnih aktivnosti za odpravo tveganj, ki so višja od sprejemljivih za prenosni sistem. Tveganje za posameznika predstavlja letno verjetnost, da lahko ta oseba v bližini nevarnega objekta umre zaradi možnih nesreč na tem objektu. Družbeno oz. socialno tveganje predstavlja letno pričakovano število smrtnih primerov zaradi dogodka. i n ž e n i r j e v Za razliko od plina 4, pri plinu 5 na sliki 2 opazimo, da ima GERG-2008 enačba stanja najmanjši absolutni odklon od vrednosti kompresijskega faktorja po standardu EN ISO 12213-2-2009 pri obeh obravnavanih tlakih. LKP metoda pa ostaja metoda z največjim absolutnim odklonom. doc. dr. Tom Bajcar (UL FS), dr. Franc Cimerman (Plinovodi d. o. o.), prof. dr. Branko Širok (UL FS), dr. Aljaž Osterman (UL FS) Splošno uveljavljeno merilo tveganja zaradi specifičnega nevarnega dogodka se izračuna s pomočjo enačbe: Tveganje dogodka = Pogostost dogodka × Posledica dogodka (1) s t r o j n i h Slika 1: Slika 1: Absolutni odklon med rezultati posameznih metod glede na temperaturo za plin 4. Ocenjevanje tveganja na prenosnem sistemu za zemeljski plin z v e z a Vrednosti kompresijskega faktorja za obravnavane plinske zmesi imajo večja odstopanja od vrednosti, podanih v standardu SIST EN ISO 12213-2 2009, po Lee-Keslerjevi metodi, in sicer največje odstopanje znaša 1,49 %, kot po GERG-2008 enačbi stanja, kjer je največji absolutni odklon 0,12 %. GERG2008 enačba stanja je trenutno najbolj natančna enačba stanja za zmesi, ki je sedaj na trgu, kar je tudi razvidno iz rezultatov analize kompresijskega faktorja. Za zmesi, kjer nastopajo komponente, ki jih GERG-2008 ne zajema pa priporočamo uporabo LKP metode. V SREDIŠČU: Ocenjevanje tveganja na prenosnem sistemu za zemeljski plin likosti oz. gostote toplotnega toka, ki prehaja z ognja na ljudi, ter od časa izpostavljenosti osebe sevanju. Zato lahko tudi kratka izpostavljenost močnim toplotnim tokovom povzroči smrt. 4 1,4-1,6 Preglednica 1: Posledice termičnega sevanja (Vir: Canadian Society for Chemical Engineering, Risk Assessment – Recommended Practices for Municipalities and Industry). z v e z a Preglednica 2 prikazuje primere učinkov eksplozij glede na nivo nadtlaka, ki nastane pri eksploziji. Nadtlak (bar) 1.10-3 Učinek Neprijeten hrup (~137 dB) 1.10-2 Začetek pokanja stekla 7·10-2 Delno uničenje hiš 2·10-1 7·10-1 Porušitev neojačanih betonskih zidov Prevračanje natovorjenih železniških vagonov Verjetno popolno uničenje stavb 20 Nastanek kraterja 5·10-1 Slika 1: Vplivna dolžina cevovoda, kjer ima neželeni dogodek (toplotno sevanje gorečega curka plina) vpliv na osebe ali objekte. 16 Preglednica 2: Posledice eksplozije (Vir: Lees F. P., Loss prevention in the process industries). Slika 2: Vektorsko polje hitrosti na poškodbi (plinovodna cev je prikazana navpično, vodoravna črta označuje središčno os okrogle poškodbe) (Vir: UL, Fakulteta za strojništvo, LVTS). Tudi učinek eksplozije pada z oddaljenostjo od njenega središča, odvisen pa je predvsem od količine in kurilnosti eksplozivne mešanice. Zaradi tega ima bistven vpliv na doseg eksplozije velikost eksplozivnega oblaka oz. velikost prostora, kjer se je eksplozivni oblak pojavil. Pogostosti neželenih dogodkov se običajno določajo iz historičnih baz podatkov, ki vsebujejo podatke o že izvršenih dogodkih iz preteklosti. Če teh podatkov ni ali so za statistično obravnavo nezadostni (npr. premalo število izvršenih dogodkov), je potrebno njihovo pogostost modelirati, kar lahko vpliva na natančnost oz. verodostojnost dobljenih rezultatov. Pogostost neželenih dogodkov na plinovodnih sistemih je povezana s posameznimi dejavniki tveganja. Dejavniki tveganja na cevovodih se običajno uvrščajo v eno izmed naslednjih skupin: • • • • • • posegi tretjih oseb; konstrukcijski defekti; korozija; premiki tal; napačne izvrtine; drugo. Statistično največji vpliv na tveganje ima prva skupina dejavnikov, saj so posegi ljudi na območju cevovodov (predvsem pri gradbenih ali melioracijskih delih) pogosti, povzročijo pa lahko tudi lom cevovoda. Kot potencialni povzročitelj hujših poškodb cevovoda sledijo konstrukcijski defekti, medtem ko je korozija sicer statistično pogosta, vendar običajno povzroča le manjše poškodbe na cevovodu in s tem manjše posledice iztoka plina. Ostali dejavniki se pojavljajo le na omejenih odsekih cevovodov ali pa se sploh ne pojavljajo (zelo majhna pogostost), zato so pogosto izvzeti iz ocene tveganja. 17 w w w . z v e z a - z s i s . s i Toplotno sevanje pada z oddaljenostjo od izvora sevanja. Sevanje povzroča posledice na sprejemniku sevanja (osebi, objektu) le do določene oddaljenosti rh (slika 1). Ta oddaljenost hkrati definira tudi vplivno dolžino cevovoda L, kjer ima neželeni dogodek (ND) še vpliv na osebo ali objekt, ki se nahaja na oddaljenosti h od cevovoda. Neposredna izpostavljenost visokim vrednostim nadtlaka je lahko smrtna. Če se oseba nahaja dovolj daleč stran od roba eksplozijskega oblaka, nadtlak sam ne povzroči neposredne smrtne poškodbe, pač pa jo lahko povzroči posredno (npr. tlačni val lahko poruši stavbo, ki se zruši na osebo, itd.). Za razliko od termičnega sevanja se pri učinkih eksplozij običajno upošteva le nivo nadtlaka, ne pa tudi trajanje; tu velja predpostavka, da osebe, ki so izpostavljene eksploziji oz. nadtlaku, ki pri tem nastane, nimajo časa poiskati zavetja. s l o v e n i j e s l o v e n i j e 9,5 Vžig oz. porušitev stavb Spodnja meja, pri kateri nastopi vžig lesa in taljenje plastičnih cevi. opekline 2. stopnje po 20 sekundah izpostavljenosti, pribl. 1% smrtnost Povzroči bolečine pri osebah, ki so izpostavljene več kot 20 sekund, pogoste opekline 2. stopnje; Nima škodljivih posledic za ljudi niti pri trajni izpostavljenosti. Eksplozija plinskega oblaka običajno nastane v zaprtih (omejenih) prostorih. Učinki tlačnega udara eksplozije so odvisni od najvišje vrednosti nadtlaka zaradi eksplozije na mestu, kjer se nahaja oseba. i n ž e n i r j e v i n ž e n i r j e v 12,5-15 Učinek s t r o j n i h s t r o j n i h Gostota toplotnega toka [kW/m2] 37,5 z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i Preglednica 1 predstavlja učinke termičnega sevanja pri različnih gostotah toplotnega toka. Ker je L odvisen od količine iztečenega plina pri najhujši možni poškodbi (lom cevovoda), narašča z naraščajočim premerom cevovoda in tlakom zemeljskega plina v njem. Količina zemeljskega plina, ki izteče iz poškodovanega cevovoda, se določa analitično ali s pomočjo računske dinamike tekočin (slika 2). • Zmanjševanje tveganja je potrebno povsod tam, kjer leto presega sprejemljivo stopnjo oz. vrednost. V ta namen je potrebno vpeljati dodatne zaščitne ukrepe. Skladno z enačbo 1 se ti ukrepi lahko nanašajo na zmanjševanje posledic dogodka, zmanjševanje pogostosti dogodka ali pa zmanjševanje obeh. V praksi se dodatni zaščitni ukrepi v največji meri uporabljajo za zmanjševanje pogostosti, saj zmanjševanje posledic vodi v spreminjanje konstrukcijskih in obratovalnih parametrov (premer cevovodov ali plinovodnih objektov, tlaki plina v cevovodih), kar neposredno vpliva na obratovalno zmogljivost sistema. • • • V navedenem vrstnem redu praviloma tudi narašča vpliv dodatnih zaščitnih ukrepov na zmanjšanje tveganja. Pri tem imajo bistveno vlogo zadnji trije zaščitni ukrepi, ki se s pridom uporabljajo tako na obstoječih cevovodih kot tudi pri načrtovanju novih. Učinki konstrukcijskih defektov in korozije se običajno zmanjšujejo preko notranjih pregledov cevovodov, ki se izvajajo s posebnimi sondami (t.i. »prašiči«). Le-te potujejo po notranjosti izpraznjenega cevovoda in sproti beležijo spremembe v debelini stene cevi ali druge anomalije v materialu cevovoda. Zmanjšanje tveganja na objektih MRP je poleg i n ž e n i r j e v z v e z a s t r o j n i h w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v s l o v e n i j e Na cevovodih se v prvi vrsti uporabljajo dodatni zaščitni ukrepi za povečano zaščito v primeru posegov tretjih oseb, in sicer: • povečanje števila pregledov trase s plinovodi (iz zraka ali s tal); spreminjanje konstrukcijskih parametrov (povečanje debeline stene cevi); povečanje opozorilnosti (opozorilni nadzemni markerji - table, opozorilni trakovi v zemlji); povečanje globine vkopa cevovoda (manjša dosegljivost cevovoda s površine); povečanje neposredne zaščite cevovoda (zaščitne plošče in kinete, zaščitne cevi, ipd.). s t r o j n i h s l o v e n i j e Za zmanjšanje tveganja je zato potrebno v prvi vrsti zmanjšati vpliv prvih treh skupin dejavnikov, še posebej vpliva tretjih oseb. V primeru plinovodnih objektov kot so npr. MRP, ki predstavljajo nadzemne zavarovane objekte, pa na tveganje bistveno vplivajo pogostost pregledov plinskih instalacij na puščanje in kakovost prezračevanja zaprtih prostorov. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i V SREDIŠČU: Ocenjevanje tveganja Slika 3: Širjenje tlačnega vala po eksploziji prek pregrade (časovni razmik med zaporednimi slikami je 0,05 s, središče eksplozije je v spodnjem desnem kotu posamezne slike) (Vir: UL, Fakulteta za strojništvo, LVTS) 18 pogostih pregledov instalacij mogoče predvsem z izboljšanjem prezračevanja, ki ima za posledico zmanjšanje verjetnosti za nastanek vnetljive atmosfere znotraj objekta. Če ta ukrep še vedno ni dovolj, je mogoče tveganje dodatno zmanjšati s pomočjo zaščitnih pregrad (ograj) okrog objektov, ki povzročajo tveganje. Takšne pregrade preprečujejo neovirano širjenje tlačnih valov pri eksploziji v okolico in s tem manjšajo doseg same eksplozije in s tem njene posledice (slika 3). 19 V SREDIŠČU: Mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije Mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije sklopi posvetovanja so bili štirje: vloga in razvoj plinovodnih omrežij, plinske tehnologije in možnosti uporabe zemeljskega plina, varnost delovanja plinovodnih s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h omrežij in naprav ter meritve, avtomatizacija, sistemi vodenja, aplikacije. Posvetovanje so s predavanji obogatili priznani domači in tuji predavatelji. Posvetovanja se je udeležilo več kot 100 udeležencev iz več kot 40 domačih in tujih podjetij, ki so lahko prisluhnili 16 predavanjem. SLEDENJE TEHNOLOŠKEMU RAZVOJU V vsebinsko zelo bogatem programu mednarodnega posvetovanja velja posebej poudariti predstavljene tehnološke novosti. Pridobljeno znanje o tem bo w w w . z v e z a - z s i s . s i 20 Slika 4: Vodenje drugega sklopa predavanj, vodja gospod Andrej Grapulin s l o v e n i j e se ponaša z več kot tridesetletno tradicijo, mestne plinarne pa obstajajo še veliko dlje. Prav dolgoletna tradicija je spodbudila organizatorje k izvedbi prvega mednarodnega posvetovanja o plinu in plinskih tehnologijah, saj so želeli temu področju nameniti posebno pozornost. Po mnenju organizatorja so prav tovrstni dogodki ključna priložnost za izmenjavo znanj in izkušenj, obenem pa so tudi eden od ključnih temeljev in nujna popotnica za uspešno strokovno delo ter prihodnji razvoj. i n ž e n i r j e v z v e z a Slika 2: Predsednik Zveze strojnih inženirjev Slovenije prof. dr. Iztok Golobič v uvodnem nagovoru PRVO POSVETOVANJE O PLINU IN PLINSKIH TEHNOLOGIJAH V SLOVENIJI Vsebinski in simbolni pomen prvega mednarodnega posvetovanja Plin in plinske tehnologije, ki ga je Zveza strojnih inženirjev Slovenije izvedla 1. oktobra 2013 Slika 1: Voditeljica uvodv Grand hotelu Union nega dela in povezovalka v Ljubljani, je večji posvetovanja gospa Eva od samega dogodka. Longyka Marušič Slovenska plinska stroka s t r o j n i h “Zveza strojnih inženirjev Slovenije je 1. oktobra 2013 v Ljubljani pripravila mednarodno posvetovanje z naslovom Plin in plinske tehnologije. S tem je nadaljevala uresničevanje programa dela, ki ga je napovedala na prejšnjih konferencah inženirjev strojništva v letih 2007, 2008 in 2011. Dogodek s poudarkom na plinu in plinskih tehnologijah je bil sicer napovedan že leta 2008 s Plinskim tehnološkim forumom v Portorožu, tokrat pa je bilo v Sloveniji prvič izvedeno tudi mednarodno posvetovanje o plinu in plinskih tehnologijah. Glede na odmevnost in bogato udeležbo si Zveza strojnih inženirjev Slovenije in Skupina za plinske tehnologije, ki deluje v njenem okviru, želita, da bi ta dogodek postal stalnica v koledarju mednarodnih strokovnih dogodkov.” z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i dr. Franc Cimerman, podpredsednik Zveze strojnih inženirjev Slovenije Slika 3: Predstavnik generalnega pokrovitelja posvetovanja, družbe Rendamax, b. v. g. Roger Urlings v pozdravnem nagovoru Prvo mednarodno posvetovanje o plinu in plinskih tehnologijah je v ospredje postavilo nekaj najaktualnejših tem v Sloveniji in Evropi. Vsebinski Slike 5: Razgovori in izmenjava mnenj sodelujočih na posvetovanju 21 V SREDIŠČU: Mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije vsekakor dobrodošla popotnica našemu vsakdanjemu strokovnemu delu v podjetjih. Vse je presenetilo, da se kljub napornemu programu udeležba čez dan ni zmanjševala in da so udeleženci vse do konca dejavno sodelovali pri predavanjih. To kaže na veliko zanimanje in daje spodbudo za organizacijo naslednjega tovrstnega dogodka. Vse zainteresirane vabimo, da si zbornik razširjenih povzetkov ogledajo na spletni strani Zveze strojnih inženirjev Slovenije. s t r o j n i h SODELUJOČA PODJETJA Mednarodnega posvetovanja brez sodelovanja domačih in tujih podjetij s področja plina in plinskih tehnologij nikakor ne bi bilo mogoče izvesti, saj so sodelovala pri pripravah, dejavno soustvarjala program posvetovanja in pripomogla k izvedbi dogodka. Posebna zahvala gre tudi sponzorjem in oglaševalcem. i n ž e n i r j e v z v e z a s t r o j n i h Ta bo spoznanja in izkušnje s prvega mednarodnega posvetovanja uporabila pri pripravah na naslednji dogodek. To bo mednarodna konferenca z enakim naslovom – Plin in plinske tehnologije, ki bo izvedena na istem mestu in ob enakem terminu, torej 30. septembra 2014 v Grand hotelu Union v Ljubljani. Slika 6: Utrinki med posvetovanjem VTISI IN MNENJA PO POSVETOVANJU “Prvo mednarodno posvetovanje Plin in plinske tehnologije se lahko pohvali z izjemnim odzivom priznanih domačih in tujih predavateljev ter zavidljivo udeležbo strokovnjakov iz vse Slovenije. “ 22 Slika 7: Utrinki med posvetovanjem Slika 9: Utrinki; dr. Franc Cimerman 23 w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v Slika 8: Registracija udeležencev posvetovanja s l o v e n i j e s l o v e n i j e Prav to potrjuje pravo usmeritev Zveze strojnih inženirjev Slovenije in Skupine za plinske tehnologije, ki deluje v njenem okviru. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i “Več predavanj o rezultatih strokovnega in raziskovalnega dela je bilo posebej pripravljenih in prvič predstavljenih prav na tem posvetovanju. “ “Vtisi in pozitivna mnenja sodelujočih ter strokovne javnosti po posvetovanju so presegli pričakovanja.” V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI Danes in jutri naravni, v bodočnosti sintezni 24 s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a Preglednica 1: Deleži svetovnih zalog goriv in njihova razporeditev (vir: US EIA, Oct. 2011) Preglednica 2: Pričakovana življenjska doba znanih zalog fosilnih goriv (vir: US EIA, Oct. 2011) Slika 2: Ocene razvoja oskrbe s primarno energijo in cene energentov (vir: BP Energy Outlook 2013) Naravni plin in okolje Slika 1: Nahajališča metan-hidrata in njegova molekularna struktura Če povzamemo te podatke, potem je verjetnost, da bo naravni plin – metan – gorivo naslednjih stoletij zelo velika, saj ga je dovolj in ima med ostalimi fosilnimi gorivi najmanjšo emisijo CO2. Sedanji razvoj se sklada tudi z napovedmi iz leta 2003 v tekstih N. Nakičenovića: Globalni energetski scenariji in vloga zemeljskega plina, Okrogla miza SNK4, Petrol, november 2003. Tudi velike naftne družbe predvidevajo njegovo večjo vlogo zaradi okoljskih prednosti in zaradi cene. Tako predvideva BP v svojem Energy Outlook 2013 (Sl. 2) [4], da bo naravni plin že dosegel delež nafte in premoga okoli leta 2030. Cena je bila v letu 2010 več kot 2,5 nižja od nafte, toda še vedno dvakrat višja od premoga. Tudi v napovedih US EIA Energy Outlook 2013 [5] je predvidena 12.4 % rast svetovne porabe plina do leta 2020. Nizka cena plina v ZDA bo brez dvoma vplivala tudi na znižanje svetovnih cen drugih dobaviteljev plina, tako da bo postal predvidoma konkurenčen tudi za proizvodnjo elektrike v EU, predvsem v napravah za kogeneracijo. Naravni plin je okolju prijazno gorivo, vendar je metan toplogredni plin, katerega vpliv je v 100-letnem obdobju zaradi močnega vpijanja infrardečega sevanja 21-krat bolj škodljiv od CO2 (GWP CH4 = 21, GWP CO2 =1; GWP - Global Warming Potential). Ker pa je koncentracija metana v ozračju približno 1000-krat manjša od koncentracije CO2, je njegov celoten vpliv na segrevanje ozračja le okoli 2 %. Ta vpliv pa se lahko znatno okrepi s segrevanjem ruske tajge, kjer se iz razpadle biomase lahko sprosti velika količina metana. Kar 60 % emisij je povezanih z aktivnostjo človeka (proizvodnja hrane in gnojenje živali za prehrano, Sl. 3) [6]. w w w . z v e z a - z s i s . s i Skrb za zmanjšanje emisij TGP, posebej še CO2, je postala pomemben del politike EU. Čeprav je naravni plin, v bistvu metan, zelo dolgoživ TGP, je vendar kot nosilec energije vedno bolj pomemben, saj ima le en sam atom ogljika, ki nosi s seboj štiri atome vodika [1, 2]. Zato je tudi količina emitiranega CO2 v primerjavi s premogom in nafto bistveno nižja. To mu daje v energetiki posebno mesto. Ker je lahko tudi osnova za proizvodnjo metanola, edinega tekočega goriva z enim ogljikom, je to še toliko bolj pomembno, saj s tem dopolnjuje izbiro nosilcev energije po fizikalni obliki: trdo, tekoče, plinasto. Z ozirom na zgoraj navedene lastnosti ga uvrščamo med goriva jutrišnjega dne, kar bomo v nadaljevanju skušali tudi utemeljiti. s l o v e n i j e Naravni plin je postal pomembno gorivo v drugi polovici 20. stoletja. Njegova okoljska prijaznost in na novo odkrita nahajališča v Srednji Aziji, uporaba plina iz skrilavcev v ZDA in velike zaloge metana v metan-hidratu, zagotavljajo njegovo pomembno vlogo v mešanici primarnih goriv. Že v prvi polovici 21. stoletja bo verjetno prevzel vodilno vlogo premogu. Oba bosta postala vodilna nosilca energije tega stoletja. Zaradi zmanjšanja emisij TGP pa bo naravni plin postopoma nadomeščal premog. Odvisno od klimatskih sprememb pa bo naravni plin nadomeščal sintetični plin iz solarnega vodika in biomase. S tem bo postal gorivo z neomejeno življenjsko dobo, saj bo obnovljiv. Ker se pri tem lahko uporablja obstoječa infrastruktura in naprave za transformacijo, predstavlja torej naravni plin v prehodnem obdobju predhodnika pomembnega nosilca energije iz OVE. i n ž e n i r j e v Uvod O svetovnih zalogah goriv je težko pisati, saj so izjemno spremenljive in se, z vedno bolj izpopolnjenimi raziskavami ležišč (satelitske raziskave) in proizvodnimi tehnologijami (horizontalno vrtanje, hidravlično razbijanje), stalno spreminjajo. V preglednici 1 so prikazani deleži znanih svetovnih zalog fosilnih goriv in njihova lokacija (US EIA - Energy Information Administration) [3]. Iz nje je mogoče razbrati, da ima 8 držav več kot 50 % rezerv vseh fosilnih goriv in predstavljajo le 28,7 % svetovnega prebivalstva (v letu 2008). V podatkih ni zalog plina v skrilavcih in metan hidratu, niti novih nahajališč nafte v Azerbajdžanu. V Preglednici 2 pa je podana pričakovana življenjska doba posameznih nosilcev energije. Svetovne zaloge plina v metan-hidratih (Sl. 1) pa so ocenjene na: (1-5).106 km3 ali 350 ÷ 3500 let sedanje porabe (Vir: ORNL Report 2005 in U.S. Geological Survey Marine and Coastal Geology Program). s t r o j n i h Povzetek Zaloge fosilnih goriv z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i prof. dr. Peter Novak V SREDIŠČU V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI Slika 3: Naravni krogotok metana (vir: 2010 Encyklopedia Britanica) 25 mogoče, je program treba razumeti kot ekonomijo z malo ali nič ogljika iz fosilnih goriv. Torej potrebujemo nov sonaravni energetski sistem, ki bo omogočil kroženje ogljika. s l o v e n i j e Slika 7: Razvoj emisij toplogrednih plinov v EU v smeri 80-odstotnega domačega zmanjšanja (100 % = 1990).(Vir: COM(2011) 112) s t r o j n i h Slika 4: Spremembe temperature in spremembe koncentracij CO2 na Zemlji v preteklosti, koncentracija 400 ppm na sliki ni prikazana (vir: www.epa. gov/climatechange) Porast emisij CO2, metana in dušikovih oksidov je vsem dobro poznan, vendar je zanimiva njihova časovna usklajenost (Sl. 5) [7]. Če ne bomo ukrepali in zmanjšali emisij v ozračje, nas čaka scenarij na sliki 6, ki prikazuje pričakovano svetovno emisijo TGP, ki je 1,5-krat večja od sedanje [5]. To pomeni koncentracije CO2 v ozračju blizu 600 ppm. Nihče ne zna danes razložiti, kakšne bi bile posledice take koncentracije za vremenska dogajanja na Zemlji. 26 Človeštvo potrebuje vedno več energije zaradi naraščajočega števila prebivalstva in višje kakovosti njegovega življenja, da ne omenjamo potrebne osnovne energije za metabolizem živih bitij – to je hrane, ki vsebuje velike količine ogljika. Zato bi bilo treba ustvariti energetski sistem, v katerem bomo vzpostavili kratkotrajno kroženje organskega ogljika, ali pa sistem oskrbe z energijo brez emisij TGP in ostalih okolju nevarnih odpadkov. Slika 6: Svetovna emisija toplogrednih plinov v preteklosti in napoved (US EIA 2013) Iz predhodnih ugotovitev sledi, da moramo preiti na Zemlji od uporabe fosilnih goriv, v katerih je skladiščen ogljik, na goriva, ki tega ne bodo več sproščala. Vsem je znan program »Načrt za prehod na konkurenčno gospodarstvo z nizkimi emisijami ogljika do leta 2050« COM(2011) 112 (Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050) [8]. V njem so dobro opisani cilji (Sl. 7), manj pa je napisanega, kako do teh ciljev. Ker življenje na Zemlji brez ali z malo ogljika ni Prvega je mogoče zgraditi z uporabo energije Sonca, ki omogoča vse življenje na Zemlji in je za potrebe človeštva večen (trajen in sonaraven). Drugi je pridobivanje energije, razen hrane, iz jedrskih reaktorjev. Dosedanje 60–letne izkušnje pa kažejo, da te tehnologije še nismo obvladali v celoti in da ta tehnologija ne omogoča energije za vse, temveč le za najbolj razvite in urejene družbe, pa še tam imamo probleme (n.pr. Černobil, Fukushima, skladiščenje VRAO v ZDA šele 2040, itd). C16H23O11 + 63 H2 + En => 32 CH4 + 22 H2O. 782,688 kg biomase + 82,656 kg H2 + Q => 384,32 CH4 + 352 kg O2 ali 782,688 kg biomase + 127,008 kg H2 + Q => 384,32 kg CH4 + 396,35 kg H2O. Pri predelavi biomase v metanol pa poteka reakcija: 2 C16H23O11 + 19 H2O + O2 => 42 H2 + 21 CO + 11 CO2 => 21 CH3OH + 11 CO2 782,688 kg biomase + 342,304 kg H2O + 32 kg O2 => 672,63 kg CH3OH + 484 kg CO2. Če proizvajamo oba nosilca energije v istem obratu, lahko vodo iz drugega procesa pridobivanja metana uporabimo v procesu za pridobivanja metanola z Novi sonaravni energetski sistem (SES), ki smo ga javno prvič predlagali marca 2003 na posvetu Nove tehnologije in energetska politika v Sloveniji, Okrogla 27 w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v Sonaravni energetski sistem 2 C16H23O11 + 41 H2 + En => 32 CH4 + 11 O2 ali s l o v e n i j e z v e z a Poznana je splošna enačba za sestav biomase, ki je: C16H23O11. Iz možnih kemičnih transformacij dobimo naslednje rezultate i n ž e n i r j e v Slika 5: Naraščanje koncentracije TGP v atmosferi. V letu 2013 smo že dosegli koncentracijo CO2 400 ppm. (Skala za CH4 in N2O je tisočkrat večja) vir: www.epa.gov/climatechange/. miza SNK 3, Petrol Ljubljana [1], temelji na kroženju ogljika iz biomase prek metana in metanola nazaj v biomaso in je glede TGP in odpadkov nevtralen. Osnova zanj je elektrika iz OVE in biomasa. Z elektriko bomo lahko proizvedli iz vode dovolj vodika in kisika za sintezo metana in metanola, ki bosta predstavljala kemično akumulacijo energije sonca in bosta, poleg elektrike, osnovna nosilca energije (slika 7). Odločitev za metan in metanol, ki je v bistvu »tekoča oblika metana«, je logična, saj obe spojini vsebujeta le en sam ogljik in štiri vodike. Iz enega mola biomase lahko torej pridobimo največ sinteznega goriva ravno s proizvodnjo metana in metanola. s t r o j n i h Pretekli ciklusi sprememb segrevanja in ohlajevanja Zemlje zaradi vsebnosti CO2 v ozračju v koncentracijah med 180 ppm in 300 ppm so potekali v obdobjih po približno 100 tisoč let, zato za obdobje razvoja človeka niso bili zelo pomembni [7]. Sedanje hitro naraščanje koncentracije TGP od 280 ppm do 400 ppm v vsega 200 letih pa nas lahko zelo skrbi. V letu 2013 smo že dosegli koncentracijo CO2 v ozračju 400 ppm. Da se ne bi zgodil najslabši scenarij in bi se ciklus segrevanja zemlje pričel pospeševati, kot se je to dogajalo v preteklih obdobjih zemljine zgodovine (Sl. 4), je treba spremeniti količino dovedenega CO2 v ozračje Zemlje. V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI rabi energije, saj pridobljeno gorivo zadošča za gretje ene stavbe in pokrivanje enoletne porabe goriva za energijsko učinkovito vozilo. Dodatno potrebujemo približno enako površino FV za proizvodnjo povprečne porabe elektrike na prebivalca v Sloveniji. Ker pa imamo še HE in v prihodnje tudi VE, bo potrebna površina za FV manjša. w w w . z v e z a - z s i s . s i s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a 484 kg CO2 + 78,62 kg H2 + K A.B.C => 562,624 kg CH3OH Torej iz 1565,4 kg biomase in 205,63 kg solarnega vodika in 32 kg kisika (ostanek iz elektrolize vode), dobimo 384,32 kg metana (536 nm3) in 672,63 kg (pogojno 1.335,25 kg) metanola (849,3 l ali pogojno 1.600 l). Če upoštevamo sežigno vrednost metana 55,5 MJ/kg in za metanol 23,84 MJ/kg je celotna pridobljena energija 21.330 + 20.248 = 41.578 MJ. Vložena energija pa je 24.248 MJ (les, 15 % vlage) + 22.510 (vodik, 80 % izk. elektrolize) = 46.758 MJ + procesne izgube. Čisti izkoristek je torej ~ 0,9 in procesne izgube, ki izkustveno še niso znane. Za proizvodnjo vodika rabimo ~ 6253 kWh ali FV elektrarno moči 6,2 kW (pri donosu ~1000 kWh/kW) ali cca 50 m2 FV celic pri sedanji tehnologiji. Iz gornjega sledi, da je sistem obvladljiv ob učinkoviti 28 • • • • • • • • ne potrebuje nove infrastrukture; lahko deluje vzporedno s sedanjim sistemom; lahko se ga uvaja postopno; rešuje problem shranjevanja energije iz OVE; ne potrebuje dragega razvoja za procesno opremo, saj so vse tehnologije že industrijsko obvladane; po prvih ocenah ni dražji od klasičnega sistema (ob upoštevanju vključevanja eksternih stroškov za škode v okolju pri rabi fosilnih goriv v njihovo prodajno ceno); hitro zmanjšuje energijsko odvisnost države in s tem bistveno zmanjšuje pritisk na trgovinsko bilanco države. povečuje število delovnih mest. Daljnovodi in plinovodi se bodo uporabljali naprej z minimalno dograditvijo IT (pametno omrežje). Kar danes gradimo ali obnavljamo na tem področju, bomo lahko uporabljali še stoletja. Lahko uporabimo tudi novejše tehnologije, ki so pri daljnovodih za istosmerni tok (HV DC) tudi okolju bolj prijazni. Na področju uporabe tekočih goriv lahko ostane Tehnologije za jutri Vsak prehod na novi energetski sistem je postopen in traja desetletja. Zato je logično vprašanje, katere tehnologije bomo uporabljali jutri. Ker je življenjska doba večine tehnologij za pretvarjanje energije daljša od deset let, je treba proizvajalcem opreme, investitorjem in potrošnikom jasno postaviti dolgoročne cilje, po katerih se bo država ravnala. Le na ta način lahko opravičijo smotrnost svojih naložb. Prikazani SES torej omogoča izjemno enostaven prehod od sedanjega, okolju neprijaznega sistema v novi, ki nima emisij. Učinkovita raba energije je pomemben, vendar ne ključen pogoj za njegovo uvajanje. Ker sta elektrika in plin (sedaj naravni, jutri sintetični) ključna nosilca energije v novem sistemu, so vsa vlaganja v te naprave dolgoročno smotrna in tehnološko ter okoljsko utemeljena. Slovenija ima vse možnosti, da med prvimi uvede SES. Sedanji trenutek je primeren predvsem zato, ker pripravljamo izhod iz krize. Z izgradnjo TEŠ 6 smo zaključili obdobje intenzivne porabe premoga, čeprav imamo še velike zaloge v Prekmurju, vendar jih bomo lahko uporabili tudi kot kemično surovino v bodoče. Do leta 2040 so praktično vsi veliki viri za proizvodnjo elektrike znani. Izgradnja ene ali dveh plinskih elektrarn (TE-TOL, TET, ali TEB) je v skladu z načelom, da bo plin dolgoročno osnovni nosilec energije, ker je okolju prijazen, njegove zaloge v svetu pa so ogromne. Enako velja za izgradnjo plinovodov, plinskih terminalov za UNP [12], distribucijskega omrežja za plin in za nakup plinskih naprav za gretje ali hlajenje. Izgradnja HE je v planskih dokumentih že dalj časa prisotna in treba je samo pospešiti vse postopke in pričeti z izgradnjo, saj je to edina tehnologija v energetiki, kjer obvladamo celoten proces doma, torej nam ta investicijski ciklus zagotavlja tudi številna delovna mesta. Izgradnja vetrnih elektrarn (VE) je zastala zaradi nepotrebnih omejitev, vendar se bo nadaljevala ob 29 w w w . z v e z a - z s i s . s i 13 CO2 + 3.13 H2 + K A.B.C => 13 CH3OH Prednost prikazanega sonaravnega energetskega sistema je v naslednjem: Perspektive v Sloveniji s l o v e n i j e minimalnim presežkom vode. Nastali CO2 pri proizvodnji metanola pa lahko v procesu s trojno katalizo pretvorimo dodatno v metanol z dodatkom 3 molov vodika na mol CO2. Žal ta proces še ni komercialen. Infrastruktura Sistemi gretja na plinasta in tekoča goriva lahko uporabljajo sedanjo opremo z minimalno prilagoditvijo, zato je nadaljnja izgradnja plinske mreže v mestih in naseljih dolgoročno primerna naložba. Širjenje mreže daljinskega gretja na biomaso je smotrno samo tedaj, kadar je v sklopu soproizvodnje. Lokalno gretje na biomaso povzroča velike emisije prašnih delcev, zato bo doživelo zelo drago nadgradnjo za njihovo filtracijo. i n ž e n i r j e v Slika 8: Sonaravni energetski sistem (vir: P. Novak, NSK-3, Petrol 2003, EEA 2008) Pripraviti se je na nova vozila z motorji na metanol. Vozila na metanol so bila razvita v 70. letih prejšnjega stoletja in so se uporabljala v ZDA v času energetske krize. Znani so tudi dirkalni avtomobili na metanol. Učinkovitost motorjev na metanol je bistveno večja kot sedanjih na bencin. Posebno primeren je metanol za motorje v hibridnih vozilih. Teorija metanolne ekonomije je tehnično in ekonomsko zelo dobro obdelana v literaturi [9,10]. V prometu bo prehod veliko zahtevnejši, zato pričakujemo v prehodnem obdobju nekatere prehodne tehnologije, ki so cenovno sprejemljive. Med temi naj omenimo dve: • uporaba dimetil-etra (CH3OCH3), ki ima dva ogljikova atoma, vendar je kot gorivo primerno za vsa današnja vozila z dizel motorji. Potrebne so le manjše spremembe na rezervoarjih, ker je tekoč pod nekoliko višjim tlakom. Njegova emisija CO2 je sicer nekaj višja od metanola, vendar še vedno manjša od dizel goriva. • Predelava organskih odpadkov v kombinaciji z odpadno biomaso (tudi zeleni odpad in odpadni PVC) v sintetični dizel po tehnologiji KDV (katalitična depolimerizacija) [11]. To je tehnologija, s katero lahko pridobivamo tekoče gorivo iz biomase pri temperaturah pod 300°C. Okolju prijazna tehnologija je v fazi industrijskega razvoja in pričakujemo njeno uveljavitev v naslednjih letih. Z njo se rešujejo mnogi problemi povezani z ločenim zbiranjem odpadkov in z odlaganjem organskih odpadkov. s t r o j n i h Prehod iz sedanjega energetskega sistema v novi lahko poteka v sožitju s sedanjim, saj lahko oba uporabljata obstoječo infrastrukturo. sedanja infrastruktura še desetletja, saj bosta v uporabi tako nafta kot bencin. Črpalke za tekoča goriva se bodo morale samo dodatno opremiti z rezervoarji za metanol in črpalnimi sistemi za stisnjen naravni plin, ki bo vedno v večji meri namenjen tudi osebnim vozilom. z v e z a Na ta način lahko celotno biomaso uporabimo brez ostankov za dva nova nosilca energije. Prednost tega sistema je v tem, do organski ogljik kroži v enoletnem ciklusu, zato je v ravnotežju z naravo. Edina omejitev je razpoložljivost organskega ogljika na določenem geografskem področju. Poraba plinastih in tekočih goriv se mora prilagajati biomasni bilanci države. Predhodni izračuni kažejo, da za Slovenijo to ni težava. V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI Sklepne misli SES je ideja, ki ima številne nastavke v dosedanji politiki EU. Je konkretizacija številnih zamisli in je osnovana na treh osnovnih principih: • napraviti sistem za preskrbo z energijo, ki je 30 s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h Z njim ne gradimo nizko ogljično družbo, ampak družbo s kroženjem ogljika. To je tudi v skladu in predhodnica sedaj nastajajočega modernega razvojnega koncepta v ekonomiji: krožeča ekonomija – »circular economy«. Literatura: w w w . z v e z a - z s i s . s i Razmislek o samostojnem razvoju dvotaktnega motorja na metanol z nizko emisijo, predvsem kot agregat za hibridna vozila, bi bil lahko izziv za R&R v strojništvu, elektrotehniki, kemiji, materialih in IT. V kolikor bi se Slovenija kot država usmerila, da do leta 2050 preide na novi sistem – SES, kot prva v EU, bi lahko z ustreznim generalnim razvojnim projektom pridobila znatna razvojna sredstva in tudi številne partnerje v EU, ki bi ga pomagali uresničevati. Potrebna je nova razvojna usmeritev in SES je ena izmed možnosti, saj prispeva k novim zaposlitvam na vseh področjih. Uvedba zgoraj opisanega sistema bo omogočila zmanjšati klimatske spremembe in po njegovi uveljavitvi tudi ustaviti. s l o v e n i j e Poseben problem so vozila, kjer smo vezani izključno na tujo tehnologijo in uvoz. Z uporabo sintetičnega dizla iz OVE in s postopno uporabo dimetiletra je mogoče postopno preiti na zmanjšanje uvoza fosilnih goriv za promet. Predvsem slovensko kmetijstvo bi bilo lahko oskrbovano s temi gorivi (princip menjave: biomasa za zeleni dizel). Ker je njegova realizacija lahko postopna in ker lahko deluje paralelno s sedanjim sistemom, so tudi napake pri odločitvah v razvoj, investicije in rabo minimalne. Na svetu ga lahko razvijajo neodvisno od političnih in ekonomskih pogojev v posameznih državah. Edini pogoj, ki bi ga moralo sprejeti gospodarstvo in politika je: eksterni stroški pri porabi fosilnih goriv morajo biti v celoti vključeni v njihovo prodajno ceno. i n ž e n i r j e v Gradnja SE, predvsem FV je treba uskladiti z našimi možnostmi tehnološke participacije na proizvodnji opreme za sisteme. Čim prej je treba preiti na princip reverzibilnih števcev in s tem stimulirati proizvodnjo elektrike za lastne potrebe. Obvezno kombiniranje uporabe toplotnih črpalk z nakupom zelene elektrike bi imela dolgoročno zelo pomembne posledice pri nadaljnjem prehodu na SES. okolju prijazen in se ga lahko uporabi kjer koli na svetu, • za sistem ni potrebna nova, oziroma različna infrastruktura, od tiste, ki jo danes že uporabljamo • sistem je osnovan na kroženju organskega ogljika v kratkem časovnem obdobju in je zato lahko trajen, saj sloni za človeštvo najdostopnejšem viru energije − Soncu. s t r o j n i h z v e z a spremenjenih pogojih za umestitev v prostor. Pri tem pa je treba investitorje usmeriti v nabavo opreme po načelu kompenzacije uvoza z izvozom in v industriji osvojiti nekaj vitalnih elementov VE, da bi izravnali negativno izvozno bilanco. Subvencionirana proizvodnja elektrike mora imeti najvišje možno pokritje uvoza z izvozom, sicer je to gospodarsko neutemeljena investicija z ozirom na finančno stanje našega gospodarstva. Stroški za subvencije se morajo preliti v domačo gospodarsko aktivnost. V SREDIŠČU: z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i V SREDIŠČU: PLIN - GORIVO BODOČNOSTI 1. Peter Novak: Nove tehnologije in energetska politika v Sloveniji, Petrol. SNK 3, marec 2033,str. 4-8; 2. Nebojša Nakičenović: Globalni energetski scenariji in vloga zemeljskega plina, Petrol, SNK 4, november 2003, str. 2-15; 3. US EIA - Energy Information Administration, October 2011; 4. BP Energy Outlook 2013,©BP2013, January 2013; 5. US EIA – Energy Information Administration, October 2013; 6. Encyklopedia Britanica, 2010; 7. www.epa.gov/climatechange 8. COM(2011) 112 Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050; 9. G. A. Olah, A. Goeppert, G. K. S. Prakash: Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy; Wiley, 2009; 10. Deluchi, M.A, JacobsonMM.Z.: Meeting the world’s energy needs entirely with wind,water, and solar power, Bulletin of the Atomic Scientists, 69(4) 30–40, 11. www.alphakat.de; 12. Peter Novak: Energetsko središče Koper, Nove razvojne možnosti, Posvet GZK, Koper 2007, pp. 31 V SREDIŠČU: SINTEZA IONSKIH TEKOČIN RAZVOJ MIKROSTRUKTURNEGA SISTEMA ZA SINTEZO IONSKIH TEKOČIN Z VIDIKA ELEKTROEROZIJSKE OBDELAVE Doktorsko delo w w w . z v e z a - z s i s . s i s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a mikrotehnologije, mikroreaktor, mikromešalnik, elektroerozija, mikro EDM dolbenje, modeliranje, izdelovalne verige, načrtovanje procesov Keywords: microtechnologies, microreactor, micromixer, electrical discharge machining, micro EDM milling, modeling, process chains, process planning. 33 33 w w w . z v e z a - z s i s . s i Ključne besede: Miniaturization of products and their components is a recent trend in many application areas. The focus of this work was on development of microreactor system for ionic liquid synthesis from the point of view of microengineering technologies and its implementation in mini-factory. Microreactor is a microstructured system which enables processes of chemical and biochemical synthesis on scale size below one millimeter. In the beginning of the dissertation we present a conceptual model of a process planning system for microproducts, which considers microengineering specificities. In the following chapter we focused on micromixer design which is a key functional unit of a microreactor system. Based on numerical simulations the bottom grooved micromixer was determined to be the most suitable geometry s l o v e n i j e 32 mikromešalnika z utori za implementacijo v mikroreaktorski sistem. S preizkusi smo verificirali rezultate numeričnih simulacij. Pokazali smo, da je tehnologija mikro EDM dolbenja primerna za izdelavo mikrostrukturiranega reaktorja in za to tehnologijo razvili tehnološki model. V zaključku smo razvit mikroreaktor uspešno preizkusili s sintezo ionske tekočine in podali smernice za izdelavo mikroreaktorskih enot, ki jih je moč povezovati v minitovarno s povečevanjem števila enot (angl. numbering up). i n ž e n i r j e v Miniaturizacija izdelkov in njihovih komponent predstavlja trend na mnogih področjih uporabe in v zadnjem desetletju močno narašča. V doktorski nalogi smo razvili mikroreaktor za sintezo ionskih tekočin, ki ga je možno učinkovito izdelati s tehnologijo mikro elektroerozijskega (EDM) dolbenja. Mikroreaktor je mikrostrukturni sistem, ki omogoča kemijske in biokemijske procese v strukturah mikrometrskih dimenzij. V začetnem poglavju dizertacije smo predlagali konceptualni model sistema načrtovanja izdelovalnih procesov za mikroizdelke, ki vključuje identificirane specifičnosti mikroinženirskih tehnologij. V nadaljevanju smo se osredotočili na razvoj mikromešalnika, ki je ključna funkcionalna enota mikroreaktorskega sistema. Z uporabo numeričnih simulacij smo določili najugodnejšo geometrijo for implementation in a microreactor system. Through experimental work the results of numerical simulations were verified. We show that micro EDM milling technology is suitable for production of microstructured reactor and we have developed a technological model for this technology. Micromixer was implemented into a testing microreactor system and the appropriateness of the design was confirmed experimentally using ionic liquid synthesis. In the course of work a process chain for production of a microreactor monomer was developed and its implementation into a mini-factory by applying ‘numbering up’ concept is presented. s t r o j n i h Abstrakt: Povzetek: z v e z a dr. Izidor Sabotin; Fakulteta za strojništvo, UL , [email protected] doc. dr. Joško Valentinčič; Fakulteta za strojništvo, UL prof. dr. Mihael Junkar; Fakulteta za strojništvo, UL izr. prof. dr. Polona Žnidaršič Plazl, Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo, UL s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v z v e z a Slika 1: Prikaz funkcionalnih enot mikroreaktorskega sistema za sintezo ionske tekočine. Bloka s črtkano črto predstavljata mikrostrukturne komponente mikroreaktorskega sistema. ganje fleksibilnosti v procesu razvoja mikroizdelka zahteva nove pristope pri njegovem snovanju. Z razvojem mikroizdelovalnih tehnologij se sočasno razvija področje mikroreaktorskih tehnologij. Mikroreaktor je mikrostrukturni sistem, ki zagotavlja izjem34 Naštete prednosti je moč implementirati le s pomočjo uporabe mikroizdelovalnih tehnologij, ki morajo zagotoviti izdelovalnost samih funkcionalnih enot mikroreaktorja na hiter, kakovosten in ekonomičen način. Funkcionalne enote mikroreaktorskega sistema so shematsko prikazane na spodnji sliki 1. Ključna enota 1. postaviti konceptualni model sistema za načrtovanje izdelovalnih procesov za mikro izdelke, 2. načrtati in izdelati mikromešalno enoto mikroreaktorja, 3. postaviti tehnološki model za tehnologijo mikro EDM dolbenja z vidika geometrij, ki nastopajo v mikroreaktorksih sistemih, 4. testirati prototip mikroreaktorskega sistema s sintezo ionske tekočine in 5. postaviti koncept povezovanja mikroreaktorksih enot v minitovarno. Kompleksnost znanja in pomanjkanje procesnih modelov za mikroinženirske tehnologije predstavljata dodatno težavo pri razvoju metodološkega pristopa izbire tehnologije. Izbira je odvisna od posedovanja informacije o njenih omejitvah in zmožnostih, procesnih karakteristikah, procesnih parametrih, dosegljivih tolerancah, izdelkove geometrije in ekonomičnosti procesa. Po temeljitem pregledu dostopne znanstvene literature smo izluščili specifičnosti pristopa k načrtovanju mikroizdelka, postavili osnovne tehnološke podatkovne baze znanja in predlagali koncept sistema za načrtovanje izdelovalnih procesov (mikro CAPP sistem) za mikroizdelke (slika 2). Z vidika predstavitve znanja o izdelovalnem procesu smo sistematično predstavili izhodiščno obliko in zgradbo podatkovne baze znanja za posamezno mikroizdelovalno tehnologijo, ki je en izmed ključnih elementov mikro CAPP sistema. Vpeljali smo kriterije za materialne in geometrijske lastnosti ter kakovosti mikroizdelka, ki vplivajo na izbiro mikrotehnologije v povezavi z zmožnostmi posameznega izdelovalnega procesa. Slika 2: Konceptualni model sistema načrtovanja izdelovalnih procesov za mikroizdelke (mikro CAPP). V prvem sklopu smo podrobneje obravnavali sistematiko razvoja mikroizdelka. Pomembno izhodišče predstavlja teza, da pristop k načrtovanju in razvoju mikroizdelka ni samo stvar prenosa analognih procesov v manjše merilo iz makro sveta ampak zahteva drugačen miselni pristop in se podreja drugačnim principom in metodologijam snovanja. Stabilen korpus znanja na področju mikroizdelovalnih tehnologij ne 35 w w w . z v e z a - z s i s . s i Glavne prednosti mikroreaktorjev v primerjavi z makro sistemi so povečan prenos toplote in posledično odlična temperaturna kontrola, potreba po mnogo manjših volumnih reaktantov in reaktorja, laminaren režim pretakanja, ki zagotavlja kontroliran transport snovi, manjša poraba energije za delovanje in vzdrževanje obratovalnih pogojev, možnost integracije več funkcij na isti substrat in enostavno povečanje proizvodnje z modularnim sestavljanjem več monomernih enot. Za optimizacijo kemijskih procesov sinteze je potrebno razviti namenske funkcionalne enote mikrostrukturnega sistema. Tako smo si s sodelujočim laboratorijem iz Fakultete za kemijo in kemijsko inženirstvo zastavili skupen cilj razviti prototipni mikroreaktor primeren za proces sinteze ionskih tekočin. Sinteza določene ionske tekočine je bila uporabljena kot modelna reakcija. Na preseku področij mikroreaktorske tehnologije in mikroinženirskih izdelovalnih tehnologij je tako nastala ideja o razvoju modularnega mikroreaktorja, ki bi ga lahko prenesli v industrijo. Modularnost sistema se nanaša na možnost sestave več mikrostrukturnih sistemov v minitovarno. Prednosti tako imenovanih minitovarn pred konvencionalnimi pilotnimi sistemi so odzivnost, fleksibilnost in nizki stroški obratovanja. V sklopu doktorske naloge smo si tako zastavili sledeče cilje: obstaja, kar onemogoča sistematičen pristop k izbiri najustreznejšega izdelovalnega procesa. Diskusija s specialisti je edina pot do konstrukcije in izdelave mikro- izdelka/komponente. s l o v e n i j e Razvoj in izdelava mikroizdelka predstavljata osnovno kompetenco mikrotehnološko usmerjenih podjetij prihodnosti. Definicija termina mikrotehnologije pravi, da mikrotehnologije omogočajo izdelavo, montažo in pakiranje izdelka oziroma komponente, ki ima vsaj dve dimenziji manjši od enega milimetra. Optimalno izdelavo mikroizdelka pogojuje zmožnost integracije odločitev glede uporabljenih materialov, procesov in proizvodnih tehnologij v fazi razvoja izdelka. Dose- Zaradi izjemnega povečanja razmerja površina/prostornina (S/V) na mikrometrskem nivoju pridejo do izraza fizikalni pojavi, ki so vezani na velikost površine. mikroreaktorskega sistema je mikromešalnik. i n ž e n i r j e v Razvoj mikroinženirskih tehnologij, za razliko od mikrosistemskih, ki izhajajo iz tehnologije izdelave integriranih vezij, poteka z miniaturizacijo klasičnih makroizdelovalnih procesov. Tipični predstavniki mikroinženirskih tehnologij so mikro elektroerozijska obdelava (mikro EDM), mikrolaserska obdelava, mikrorezkanje, ipd. Mikroinženirske tehnologije vse bolj zmanjšujejo razkorak do mikrosistemskih tehnologij z vidika izdelave miniaturnih geometrij in doseganja ostrih toleranc, hkrati pa je z njimi možno obdelovati širok spekter materialov. no kontrolirano okolje za kemijske in biokemijske procese ter omogoča nove načine zaznavanja in analize. Mikroreaktor temelji na uporabi zveznega pretoka kemikalij skozi mikrokanalne strukture dimenzij manjših od enega milimetra. Mikroreaktorske tehnologije se vse bolj uveljavljajo na različnih področjih, od proizvodnje in procesiranja goriv do biotehnologije, kemične industrije, zaščite okolja in področja varnosti procesov. V zadnjem desetletju so bile demonstrirane prednosti mikrostrukturnih reaktorskih sistemov pri uporabi v kemični procesni industriji in predstavljajo nov koncept na področju kemijskega inženirstva. s t r o j n i h s t r o j n i h Miniaturizacija izdelkov in njihovih komponent predstavlja trend na mnogih področjih uporabe in v zadnjem desetletju močno narašča. Napredek mikro- in nano- izdelovalnih tehnologij omogoča integracijo komponent izdelanih iz različnih materialov v dimenzijsko vse manjše naprave. Različne aplikacije zahtevajo drugačne izdelovalne tehnologije zato je poznavanje in ovrednotenje čim večjega števila možnih izdelovalnih poti izrednega pomena za konkurenčnost mikroizdelka na trgu. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i V SREDIŠČU: RAZVOJ MIKROSTRUKTURNEGA SISTEMA ZA SINTEZO IONSKIH TEKOČIN Z VIDIKA ELEKTROEROZIJSKE OBDELAVE s t r o j n i h z v e z a (b) Slika 3: Primerjava poteka tokovnic skozi en kljukasti utor pri Re = 0,5; (a) ožji in plitvejši utor (širine 50 µm in globine 30 µm) in (b) globlji in širši utor (širine 150 µm in globine 100 µm). Mikromešalnik z utori povzroči prečno gibanje obeh delov tekočine s pomočjo utorov, mikro-jarkov, ki preusmerijo določen delež toka tekočine prečno glede na glavni tok proti stenam mikrokanala (slika 3). Po stiku s stranskima stenama mikrokanala se tok ujet v mikrojarke preusmeri proti stropu mikrokanala. Opisana dinamika povzroči kroženje tekočine prečno na glavni tok kanala, kar povečuje stično površino med obema fazama, ki pospešuje mešanje. V našem primeru smo uporabljali geometrijo kljukastih in poševnih utorov. 36 Slika 4: Eksperimentalna verifikacija simuliranega koncentracijskega profila (Re = 0,5): zgornji del slike prikazuje vzorec pretakanja obeh vodnih faz vzdolž kanala. Srednji del slike prikazuje primerjavo med simuliranim koncentracijskim profilom v ravnini na polovici višine kanala (z = -25 µm) in mikroskopsko fotografijo eksperimenta. Potek traku rdeče faze se tesno ujema s simuliranim tokovnim vzorcem. Stično mejo smo določili z računalniško obdelavo slike. Optimalno geometrijo utorov smo določili s pomočjo numeričnih simulacij, ki smo jih izvedli v simulacijskem okolju Comsol Multiphysics. V prvem koraku smo optimizirali geometrijo enega utora po kriteriju srednje kvadratične vrednosti vektorja hitrosti pretakanja v prečni smeri na aksialni tok v mikrokanalu. Po optimizaciji geometrije enega utora smo optimizirali geometrijo sklopa množice utorov, kar nas je privedlo do najučinkovitejše geometrije, ki je predstavljena na sliki 4. Kriterij optimizacije geometrije z večimi utori je bila minimalna vrednost koeficienta variance mešanja. Nato smo s tehnologijo mikro EDM dolbenja izdelali več prototipov mikromešalnika in jih laboratorijsko preizkusili. Simulirane tokovne vzorce smo verificirali preko slikovne analize pretakanja obarvanih tekočin v prototipu. Pri optimizaciji geometrije mikromešalnika z utori smo v skladu s predlagano shemo mikro CAPP upoštevali vpliv tehnologije mikro EDM dolbenja, ki se je zaradi svoje fleksibilnosti in natančnosti izkazala kot ustrezen mikroizdelovalni postopek. Zato smo tretji sklop disertacije posvetili tehnološkemu modeliranju mikro EDM dolbenja. Mikro EDM dobenje je Slika 5: (a) Shematska predstavitev stroja za mikro EDM dolbenje, (b) Shema osnovnega RC vezja, ki služi kot generator impulzov za izvršitev razelektritve pri mikro EDM Najsodobnejši mikro EDM stroji za dolbenje imajo integrirano enoto za izdelavo elektrode poljubnega premera s procesom elektroerozijskega brušenja. Tako lahko med samim izdelovalnim procesom izdelamo elektrodo želenega premera, kar je posebna prednost procesa pred konkurenčnimi mikroizdelovalnimi tehnologijami. Cilj tehnološkega modeliranja je bil zgraditi model za določitev časa izdelave poljubne geometrije mikromešalnika in je shematsko prikazan na sliki 6. Vhod v model je parametrični zapis geometrije, izhod iz modela pa čas obdelave. Slika 6: Shematski prikaz modela za izračun časa izdelave mikromešalnika s SHM geometrijo. Parametri w, h, a, b, d, Nu in Ns so vezani na geometrijske posebnosti mikromešalnika z utori, kjer je Nu – število utorov v seriji in Ns – število polciklov oziroma serij. dE – delovni premer elektrode, VW – hitrost odnašanja materiala, lreža – velikost reže, tKON – čas kontrole obrabe elektrode, lWL – delovna dolžina elektrode, tED – čas trajanja izdelave electrode, θ – volumsko razmerje obrabe elektrode. 37 w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v (a) (b) s l o v e n i j e s l o v e n i j e mikromešalnik z utori, ki je bil izbran zaradi največje učinkovitosti v željenem območju obratovalnega režima, ki ga določata Reynoldsovo in Pecletovo število (tipično Re = 1 in Pe = 1000).” (a) i n ž e n i r j e v “V doktorskem delu podrobneje obravnavamo brezkontaktna metoda za obdelavo električno prevodnih materialov. Material odvzemamo zaradi razelektritev med elektrodo in obdelovancem. Mikroelektrode pri procesu mikro EDM dolbenja so cilindrične paličice, pogosto iz volframovega karbida (WC) s premerom večjim od 10 µm. Kinematika orodne elektrode je podobna kinematiki frezala pri konvencionalnem rezkanju – rotira in se giblje po definirani trajektoriji (slika 5). V tej konfiguraciji odnašamo material plast za plastjo, kjer debeline plasti obsegajo razpon med 0.1 µm do nekaj mikronov, odvisno od premera elektrode in razelektritvene energije. Mikro EDM dolbenje je izjemno natančen izdelovalni postopek, saj lahko zagotavljamo tolerance v območju ±2 µm in izdelujemo oblike z dimenzijami večjimi od 10 µm. Za vključitev obravnavane tehnologije v predlagan mikro CAPP sistem je treba razviti tehnološki model. Pri tem smo se omejili na geometrije, ki se pogosto pojavljajo v mikroreaktorskih sistemih, npr. mikrokanali in mikroutori. s t r o j n i h V drugem sklopu disertacije smo se osredotočili na konstrukcijo mikromešalne enote mikroreaktorskega sistema, kjer smo upoštevali informacijski tok iz modela mikro CAPP sistema. Mikromešalniki so miniaturizirane mešalne naprave. Mešanje je definirano kot transportni proces posameznih faz in delcev različnih vrst z namenom zmanjšanja nehomogenosti zmesi. Eden glavnih izzivov pri miniaturizaciji mešanja je dominanca fizikalnih pojavov, ki so povezani s površino, nad pojavi, ki so vezani na volumen. Na mikroskali postanejo viskozni pojavi toka tekočine dominantni, zato izkoriščanje turbolence ni mogoče. Poglavitna transportna pojava v mikromešalnikih sta molekularna difuzija in konvekcija. Funkcija mikromešalnika je skrajšati difuzijske poti, kar dosegamo na različne načine. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i V SREDIŠČU: RAZVOJ MIKROSTRUKTURNEGA SISTEMA ZA SINTEZO IONSKIH TEKOČIN Z VIDIKA ELEKTROEROZIJSKE OBDELAVE s l o v e n i j e i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a V zadnjem sklopu disertacije smo raziskali možnost izvedbe izdelovalne verige za izdelavo mikroreaktorske monomere in ovrednotili posamezne izdelovalne verige z vidika nadgradnje baze znanja sistema mikro CAPP. Razčlenili smo, da so utori na dnu mikromešalnika kritične geometrije tako z vidika izdelave orodja kot same tehnologije mikrobrizganja. Z določitvijo optimalnih geometrij utorov iz drugega poglavja in upoštevanjem zmanjšanja globine utorov zaradi zanesljivosti delovanja smo implementirali SHM in SGM utore s širino 150 µm globino 75 µm. Obe realizaciji mikromešalnika je možno izdelati z uporabo direktne izdelovalne verige. V ta namen smo izdelali dve orodji, eno iz aluminija in drugo iz medenine (slika 9). Mehkejše materiale smo izbrali z vidika omejitev tehnologije mikrorezkanja, s katero smo odvzeli večino materiala v okolici mikrokanalov. Z vidika tehnologije mikrobrizganja zaključujemo, da je implementacija poševnih utorov mikromešalnika primernejša, saj je geometrija utora manj kompleksna in ostane utor funkcionalen navkljub manjšim dimenzijskim spremembam polimernega utora na primer zaradi mikropoškodb ob izmetu polimernega izdelka iz orodja. Z izdelavo natančnega brizganega kosa mikroreaktorske enote smo tudi potrdili ustreznost načrtane geometrije za implementacijo monomere v tako imenovano minitovarno. Slika 8: (a) Mikroskopska slika orodja iz medenine in brizganega polimernega izdelka. (b) Prikaz EDM dolbene in mikrorezkane površine orodja v primeru izvedbe mikromešalnika s kljukastimi utori. (c) Detajlni prikaz površine, ki jo dosežemo s tehnologijo mikro EDM dolbenja. ZAKLJUČEK V doktorski disertaciji smo prehodili pot od snovanja mikroizdelka do njegove izdelave in serijske proizvodnje. Pokazali smo, da je razvoj mikroizdelka izrazito multidisciplinarna dejavnost, ki se podreja specifikam mikro sveta in zahteva od konstrukterja, da razpolaga s široko paleto znanja, od poznavanja zmožnosti mikroizdelovalnih tehnologij in obdelave materialov, fizikalnega ozadja posameznih funkcionalnih enot mikroizdelka, izdelave, preizkušanja in testiranja prototipov do načrtovanja mikroizdelka za množično proizvodnjo. V sklopu doktorske disertacije smo sistematizirali izbor najprimernejše mikrotehnologije, natančno preučili, simulirali in preizkusili delovanje mikromešalnikov, izdelali tehnološki model za tehnologijo mikro EDM dolbenja, preizkusili mikroreaktorski sistem s sintezo ionske tekočine in podali koncept izdelave in povezovanja mikroreaktorskih enot v minitovarno. 39 w w w . z v e z a - z s i s . s i 38 Za primerjavo produktivnosti sinteze ionske tekočine v mikroreaktorskem sistemu so bili izvedeni poskusi še šaržno. V prvem primeru šaržnega postopka je sinteza potekala brez mešanja v termostatirani epruveti, v drugem primeru pa v epruveti, ki je bila vpeta v vorteks mešalnik. Rezultati volumske produktivnosti so prikazani na sliki 8(b). Razvidno je, da dobimo najvišjo volumsko produktivnost pri sintezi v mikroreaktorskem sistemu, ki ji sledi produktivnost sinteze v epruveti ob prisotnosti mehanskega mešanja. Intenzifikacija procesa sinteze v mikroreaktorskem sistemu je posledica mnogo krajšega potrebnega časa za dosego ravnotežnega stanja reakcije. Krajši čas je posledica efektivnega mešanja in povečanega razmerja površina/volumen, ki ugodno vpliva na prenos toplote in s tem zagotavlja kontroliran proces sinteze. Prav tako je iz slike 8(b) razvidno, da je le v primeru sinteze v mikroreaktorskem sistemu končni produkt prozoren. Brezbarvnost produkta je pomemben indikator njegove čistosti. Poleg intenzifikacije sinteze v mikroreaktorskem sistemu tako lahko izpostavimo še prednost kvalitetnejšega in čistejšega produkta, s čimer smo eksperimentalno potrdili ustreznost konstrukcije mikroreaktorskega sistema. s l o v e n i j e Pokazali smo, da lahko pri določeni toleranci izdelave elektrode sam proces izdelave opišemo z aproksimacijo linearne funkcije, ki je odvisna od potrebne delovne dolžine elektrode. Nadalje je delovna dolžina elektrode določena z njeno obrabo med procesom obdelave. Prav tako smo pokazali, da je pri finih obdelovalnih režimih možno povezati hitrost odnašanja materiala in premer elektrode z linearno relacijo. Čas kontrole obrabe elektrode je neodvisen od obdelovalnih parametrov in vpliva na čas izdelave le preko vhodne geometrije strukture, ki jo izdelujemo. Iz opravljenih preizkusov smo zaključili, da je proces mikro EDM dolbenja natančna in ponovljiva izdelovalna mikrotehnologija. Z določitvijo matematičnih relacij med geometrijo, ki jo izdelujemo, tehnološkimi parametri V četrtem sklopu disertacije smo preizkusili izdelan prototip mikromešalnika s sintezo modelne reakcije ionske tekočine 1-heptil-2,3-dimetilimidazolijevega bromida [C7MMIm][Br] (slika 8). Ionske tekočine so organske soli, sestavljene iz organskega kationa in anorganskega ali organskega aniona. Pri sobni temperaturi so v tekočem stanju. Zaradi njihovih pozitivnih lastnosti kot so neznatna hlapnost, negorljivost, velika sposobnost raztapljanja organskih spojin in velika toplotna, kemična ter elektrokemična stabilnost predstavljajo alternativo hlapnim organskim topilom. Njihove unikatne lastnosti jim omogočajo uporabo na različnih področjih kot so organska sinteza in (bio) kataliza, elektrokemija, analitična kemija, separacijske tehnologije, nanotehnologije ter področje obnovljivih virov. Prav tako so uporabne kot funkcionalne tekočine na primer kot lubrikanti, inhibitorji korozije in tekočine za prenos toplote. Čistost ionskih tekočin ima velik vpliv na njihove fizikalne in kemijske lastnosti in je zaradi tega eden ključnih ciljev pri izvedbi sinteze. i n ž e n i r j e v Slika 7: Prikaz dela izdelanih mikrostruktur za namen določitve empiričnih zvez med procesnimi spremenljivkami. (a) Slika konfokalnega mikroskopa s strukturami izdelanimi z različnimi premeri dE cilindrične elektrode z žično strategijo dolbenja. (b) Izdelava kljukastega mikroutora s strategijo dveh elektrod. Slika 8: (a) Prikaz uporabljenega prototipa mikromešalnika z ustreznimi plastičnimi priključki za cevke (levo spodaj). (b) Primerjava produktivnosti in čistosti sinteze [C7MMIm][Br] ionske tekočine v pretočnem mikroreaktorju (MR), v epruveti kjer smo mešali z vorteks mešalom na 2000 obr/min (VO) in konvencionalnim šaržnim pristopom z gretjem (ŠA). procesa in njihovega vpliva na čas trajanja posamezne podoperacije obdelave z mikro EDM dolbenjem smo postavili temelje izgradnji tehnološkega modela mikro EDM dolbenja. Tehnološki model smo realizirali v programskem okolju MATLAB in ga uporabili na primeru optimizacije konstrukcije mikromešalnika z utori z vidika procesa izdelave. Pri tem smo geometrijo mikromešalnika popisali parametrično in je služila kot vhod v model izračuna časa izdelave. s t r o j n i h Za realizacijo tehnološkega modela smo tako morali določiti procesne spremenljivke, ki vplivajo na čas izdelave in relacije med njimi. Preko identifikacije ključnih tehnoloških parametrov smo izvedli serijo eksperimentov, s pomočjo katerih smo poiskali matematične relacije, ki določajo čas trajanja posamezne podoperacije procesa mikro EDM dolbenja. Čas izdelave je tako odvisen od premera uporabljene elektrode dE, stopnje odvzemanja materiala Vw , velikosti reže med elektrodo in obdelovancem lreža, časa izvajanja kontrole obrabe elektrode tKON, delovne dolžine elektrode lWL , časa izdelave posamezne elektrode tED in relativne obrabe elektrode med obdelavo θ. Matematične relacije smo določili empirično s pomočjo preko 300 izvedenih poskusov (slika 7). Proces izdelave smo razdelili na tri podoperacije in sicer podoperacijo priprave in izdelave elektrode, podoperacijo erodiranja in podoperacijo kontrole obrabe elektrode. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i V SREDIŠČU: RAZVOJ MIKROSTRUKTURNEGA SISTEMA ZA SINTEZO IONSKIH TEKOČIN Z VIDIKA ELEKTROEROZIJSKE OBDELAVE s l o v e n i j e z v e z a Tehnološki park Ljubljana povezuje več kot 300 podjetij. Članstvo se nenehno spreminja, saj vse več podjetij prepoznava prednosti in koristi članstva v takem mednarodnem podjetniškem podpornem okolju. NACIONALNI PROGRAMI – OD TALENTOV DO SVETOVNIH PODJETNIKOV V Tehnološki park Ljubljana lahko vstopijo tehnološka podjetja z velikim razvojnim potencialom, na znanju temelječa podjetja, inovativni projekti ter podjetja, ki želijo poslovati v stimulativnem podpornem podjetniškem okolju. Poleg sodobne infrastrukture Tehnološki park Ljubljana deluje kot podjetniški pospeševalnik in članom zagotavlja strokovno podporo v vseh fazah razvoja podjetja. V okviru podjetniškega pospeševalnika Tehnološki park Ljubljana opravlja vlogo prepoznavanja potencialnih podjetniških idej ter usposabljanje leteh po najsodobnejših podjetniških metodologijah, preko programov Imagine Cup, iTime in Start:up Geek House. 40 Start:up center parka ponuja podjetjem, mlajšim od treh let, paleto specializiranih storitev, infrastrukturo in poslovno mreženje. Letno organizira nacionalni izbor Start:up leta, katerega namen je krepitev podjetniške kulture in promocija slovenskih start:upov. Skozi program Go:Global Slovenia ponuja celovit nabor storitev podpore pri rasti start-up podjetij na globalnih trgih. Program, poleg intenzivnega in individualnega mentorstva, zagotavlja podjetnikom tudi dostop do ustrezne infrastrukture doma in po svetu, platformo za pridobitev kapitala in izgradnjo tima ter pomoč pri vstopu v svetovne podjetniške pospeševalnike. STOPITE V STIK Tehnološki park Ljubljana, d. o. o. Telefon: 01 620 34 03 Elektronski naslov: [email protected] Spletna stran: www.tp-lj.si Sledite nam na Facebooku in LinkedInu. 41 w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v GRADIMO SKUPNOST NAJBOLJŠIH Pri ustvarjanju zgodb o uspehu je Tehnološki park Ljubljana, s spodbujanjem inovativnosti, zagotavljanjem strokovnih podjetniških storitev za vstop in uspešen prodor na slovenski in svetovni trg ter s primerno infrastrukturo, pomagal številnim tehnološkim podjetjem. Nekatera med njimi so razvila odmevne in inovativne razvojne projekte, ki so pomemben prispevek k družbenemu in tehnološkemu razvoju. s l o v e n i j e Tehnološki park Ljubljana z bogatimi izkušnjami na področju razvoja podjetništva je ključen člen v nacionalnem podjetniškem ekosistemu. Podjetniške programe, ki jih ponuja podjetjem za razvoj delovanja, nadgrajuje in razvija v okviru strateškega sodelovanja in povezovanja v Iniciativo Start:up Slovenija (www. startup.si), ob podpori resornih državnih institucij. i n ž e n i r j e v Tehnološki park Ljubljana, ustanovljen leta 1995, je sodoben znanstveno-tehnološki park tretje generacije, podporno in stimulativno poslovno okolje najvišje kakovosti za razvoj vrhunskega tehnološkega podjetništva. Podjetniška podpora zajema preverjanje poslovnih pobud, pripravo poslovnih načrtov z najsodobnejšimi orodji in pristopi, poslovno in tehnološko svetovanje, mentorstvo ter iskanje poslovnih in strateških partnerjev. Podjetjem omogoča povezovanje s finančnimi in naložbenimi institucijami, raziskovalnimi inštituti ter industrijo, jih usposablja ter zagotavlja sodobno infrastrukturo. s t r o j n i h s t r o j n i h TEHNOLOŠKI PARK LJUBLJANA - VOZLIŠČE ZA PODJETNIŠKO ODLIČNOST Podjetjem poleg ugleda, prestiža in kredibilnosti zagotavlja celovito podjetniško podporo: pri snovanju podjetniške ideje (Start:up Geek House, www.geekhosue.si), pri zorenju (Start:up center in Start:up leta, www.startup.si) in pri preboju na globalne trge (Go:Global Slovenia, www.goglobal.si). z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i SVETOVALEC: TEHNOLOŠKI PARK LJUBLJANA SVETOVALEC: TEHNOLOŠKI PARK LJUBLJANA JEZIKOVNI ODTENKI JEZIKOVNI ODTENKI ALI JE POTREBNO ALI TREBA UREDITI? w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v s t r o j n i h z v e z a • • pomožniku: Treba se je znajti. nedoločniški obliki povedkovega določila: Treba je povedati resnico. Pri tem stavku ni dileme, pravilni je primer a. Beseda potrebno je v vlogi levega prilastka. Morati je nedovršni glagol, ki izraža nujnost, nujno posledico, da osebek uresniči dejanje oz. uresniči zaradi določenih okoliščin. Primer: Delavec mora jesti. Danes moram odpotovati. Preteklik/prihodnjik/pogojnik Moči je nedovršni glagol, ki izraža zmožnost oz. sposobnost osebka izpolnitve dejanja Primer: Ne morem več jesti. Delal bom, če bom mogel. Raba Sedanjik Glagol morati ima v sedanjiku obliko moram, glagol moči pa obliko morem. Tukaj je najpogostejša napaka zamenjave glagola morati z glagolom moči (morem delati, pravilno pa bi bilo moram delati). MOČI morem Glagol moči ima v pretekliku obliko sem mogel/a, v prihodnjiku bom mogel/a in v pogojniku bi mogel/a. Glagol morati pa v pretekliku sem moral/a, v prihodnjiku bom moral/a in v pogojniku bi moral/a. Zanikanje Glagol morati zanikanja v slovenščini ne pozna, ampak ga nadomeščamo z izrazom treba (ni mi treba študirati). V rabi pa se zgodi zamenjava glagola moči z morati. Tako ne moram narediti, pravilno bi bilo ne morem narediti. Pri zanikanju ima: glagol moči oblike: nisem mogel/a, ne bom mogel/a in ne bi mogel/a glagol morati oblike: ni mi bilo treba, ne bo mi treba in ne bi mi bilo treba. Besedo treba je lahko nadomestimo tudi z glagolom »morati«. Morati je močnejši glagol, ki izraža nujnost, treba je pa namero, potrebo ali hotenje. a) Treba je obnoviti hišo. b) Moramo obnoviti hišo. w w w . z v e z a - z s i s . s i TREBA JE je naklonski izraz, ki se uporablja ob tipičnih primerih glagolov. To so izrazi namernosti, hotenja, potrebe, nujnost … V isto skupino kot treba sodijo tudi moram, dolžan sem, prisiljen sem. Uporablja se ob: Pravilen je primer b, saj besedo potrebno lahko nadomestimo s treba je. a) Na občino je prinesel potrebno dokumentacijo. b) Na občino je prinesel treba dokumentacijo. MORATI moram s l o v e n i j e TREBA JE Če izraz potrebno je lahko nadomestimo s treba je, potem je vsekakor pravilna oblika treba je. a) Prebrati je potrebno celotno knjigo. b) Prebrati je treba celotno knjigo. Glagola morati in moči sta naklonska glagola, ki sta si zelo podobna, a vsebinsko povsem različna. i n ž e n i r j e v Levi prilastek: Zbrali so vse potrebne podatke. Za vpis prinesite potrebno dokumentacijo. Povedkovo določilo: Podatki so potrebni. Delo je potrebno. Kateri izraz uporabiti: potrebno ali treba? V trdilni obliki glagol morem zamenjamo z lahko in tako namesto morem študirati rečemo lahko študiram (tu mislimo na zmožnost študiranja). s t r o j n i h POTREBNO je pridevniška beseda, ki se navadno uporablja kot levi prilastek ali kot povedkovo določilo. Povedkovo določilo je del povedka ob pomožnem glagolu. POTREBNO 1. Skupaj z nedoločnikom lahko izraža, da opustitev nekega dejanja lahko povzroči nezaželene posledice. Primer: Roke je treba večkrat umiti. Pravilnik je treba spremeniti. Ni treba prižgati luči. 2. Skupaj z nedoločnikom izraža omiljeno zahtevo. Primer: Treba bo malce počakati. 3. Izraža okoliščine, stanje, ki zahteva uresničitev nečesa. Primer: Ko bo treba, te pokličem. Dežuje, ko je najmanj treba. ALI MORAM ALI MOREM NAREDITI? z v e z a “Se tudi vam poraja to vprašanje? V tokratni rubriki bomo razjasnili rabo besed treba je in potrebno. Besedi se razlikujeta glede na besedno vrsto, zato je njuna raba povsem različna.” s l o v e n i j e Andreja Cigale Pomenska raba izraza treba: Če v stavku besedo treba je lahko zamenjamo z morati, potem je prava izbira treba je in ne potrebno je. Nekaj primerov rabe: Pravilno Napačno Ni se ti treba bati. Ni se ti potrebno bati. Treba se je čim prej odločiti. Potrebno se je čim prej odločiti. Treba je očistiti okno. / Moramo očistiti okno. Potrebno je očistiti okno. Za življenje je potreben kisik. Za življenje je treba kisik. Opravili smo vse potrebno. Opravili smo vse treba. 42 43 USODNA NIT USODNA NIT s l o v e n i j e Pridružite se PRIMATu na naslednjih področjih: • • • • Razvoj proizvodov, tehnologije in materialov Proizvodni procesi Področje kakovosti Področje interne logistike Se nam želite pridružiti? Pričakujemo Vaš življenjepis in opis Vaših kariernih pričakovanj. PRIMAT tovarna kovinske opreme d.d. Kadrovska služba; Industrijska 22, 2000 MARIBOR Zaradi širitve podjetja v Ribnici iščemo nove sodelavce (m/ž): KONSTRUKTOR v oddelku mehanske konstrukcije Od kandidatov pričakujemo: • • • • s t r o j n i h • Visoko strokovno izobrazbo strojne smeri z vsaj 2 leti delovnimi izkušnjami iz konstrukcije na področju orodjarstva ali avtomatizacije proizvodnih procesov. Aktivno znanje angleškega jezika. Poznavanje orodja Windows, zaželeno poznavanje Catie/ProEngineer ali SolidWorks. Samozavesten pristop z dobrimi komunikativnimi in pogajalskimi sposobnostmi, usmerjenostjo k strankam in storitvam. Samostojnost, predanost, podjetnost, vodstvena in prodajna naravnanost, organizacijske sposobnosti, strukturiranost, sposobnost reševanja težav, samoiniciativnost, prilagodljivost, natančnost, zanesljivost, timsko delo. z v e z a Nudimo: Delali boste v mednarodnem okolju in opravljali naloge polne izzivov z zanimivimi obeti za prihodnost. Naša družba se lahko pohvali z nadpovprečno rastjo in želimo, da ste del našega uspeha v prihodnje. Nudimo večje ugodnosti, kot jih običajno nudijo velika podjetja. Kontakt: Prosimo, oddajte svojo prošnjo z najnovejšo fotografijo, podrobnim življenjepisom skupaj z naslovom, kontaktnim telefonom in naslovom elektronske pošte v slovenskem in angleškem jeziku na naslov: YASKAWA Ristro d.o.o., Lepovče 23, 1310 Ribnica ali po el.pošti: [email protected] Yaskawa Ristro d.o.o. Lepovče 23, 1310 Ribnica 44 45 w w w . z v e z a - z s i s . s i i n ž e n i r j e v Usmerjeni smo na evropski trg in razvojno naravnani. Cenimo prispevek vsakega posameznika in spodbujamo inovativnost. Spodbujamo razvoj posameznikovih zmožnosti in kompetenc. Skrbimo za zadovoljstvo zaposlenih. Sklepamo in razvijamo partnerstva doma in po svetu. Smo zanesljivi in zaupanja vredni. Smo odgovorni. Smo odlični. Želimo, da se nam pridružijo odlični ljudje, ki bodo ohranjali odličnost družbe v bodoče. s l o v e n i j e Zaposlitev i n ž e n i r j e v Zakaj PRIMAT? Z izjemno široko paleto blagovnih znamk YASKAWA in MOTOMAN je YASKAWA EUROPE vrhunski dobavitelj tehnologije avtomatizacije. Kot številka ena na globalnem trgu frekvenčnih pretvornikov, servo pogonov, krmilnikov, linearne tehnologije in industrijskih robotov. je YASKAWA Europe edino svetovno podjetje, ki strankam nudi integrirane enostopenjske rešitve. Evropske ekipe družbe razvijajo in izdelujejo prilagojene rešitve kot tudi standardne in integrirane rešitve in sisteme za številne industrije. s t r o j n i h PRIMAT d.d. - v svoji programski naravnanosti in razvojni strategiji smo naravnani v program varnostne opreme. Smo pomemben evropski proizvajalec in z nekaterimi proizvodi – predvsem iz izdelčne skupine bankomatnih blagajn - smo prevzeli vodilno vlogo. Bankomatne blagajne so izdelčna skupina, ki jo obvladujejo samo nekateri proizvajalci varnostne opreme. Zahteva visoke izkušnje in ekspertna znanja na področju razvoja, tehnologije, proizvodnje, kontrolne in nabavno/prodajne funkcije. V tržni naravnanosti smo usmerjeni na evropski trg. V zadnjem obdobju smo pričeli tudi s trženjem na tržiščih v Azijskem, Arabskem in Ameriškem prostoru. V PRIMATu smo uspešni, ker združujemo odlične zaposlene. Verjamemo v posameznika in njegovo odličnost. Vzpodbujamo odličnost. z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i Zaposlovanje v PRIMATu MEDNARODNO POSVETOVANJE USODNA NIT Delodajalec: POVABILO K SODELOVANJU PLIN IN PLINSKE TEHNOLOGIJE 2014 Zveza strojnih inženirjev Slovenije in Skupina za plinske tehnologije, ki deluje pod njenim okriljem, bosta s pomočjo podjetij s področja plina in plinskih tehnologij v letu 2014 organizirala drugo mednarodno posvetovanje o plinu in plinskih tehnologijah v Sloveniji. Izjemen odziv podjetij in strokovnjakov na prvem mednarodnem posvetovanju v letu 2013 je potrdil organizatorjevo prepričanje, da plin in plinska tehnologija v Sloveniji nista novost, temveč imata dolgo tradicijo in se ponašata z veliko strokovnega znanja. Trajanje zaposlitve: nedoločen čas Vrsta zaposlitve: polni delovni čas Zahtevane delovne izkušnje: ne Poskusno delo: 6 mesecev Zahtevano znanje jezikov: AN - angleški jezik razumevanje-dobro, govorjenje-dobro, pisanje-dobro, IT - italijanski jezik razumevanje-dobro, govorjenje-dobro, pisanje-dobro s t r o j n i h w w w . z v e z a - z s i s . s i Zahtevana rač. znanja: 1 - urejevalniki besedil - 1 - osnovno, 2 - delo s preglednicami - 2 - zahtevno, 4 - delo z bazami podatkov - 2 - zahtevno, 5 - programiranje - 2 - zahtevno, 6 - poznavanje računalniških omrežij - 2 - zahtevno, 7 poznavanje operacijskih sistemov - 2 - zahtevno, 3 - računalniško oblikovanje - 2 - zahtevno Drugo mednarodno posvetovanje bo še poseben poudarek namenilo večji prepoznavnosti zemeljskega plina kot energenta v končni uporabi. Nikakor ne bomo pozabili na varnost delovanja plinskih tehnologij in sledenje tehnološkim novostim, povezanim z zemeljskim plinom. Tradicionalno bodo za izmenjavo izkušenj in znanja poskrbeli najvidnejši slovenski in mednarodni strokovnjaki z vseh aktualnih področij uporabe plina ter uvajanja in upravljanja najsodobnejših plinskih tehnologij, ki bodo avditoriju spregovorili o svojih pogledih na perspektivo in razvoj plinskih tehnologij. s l o v e n i j e z v e z a 30. september 2014 i n ž e n i r j e v s l o v e n i j e Izobrazba po Klasius: visokošolska 2. stopnje, visokošolska univerzitetna (prejšnja), smer strojništvo in obdelava kovin Grand Hotel Union, Ljubljana, Slovenija s t r o j n i h i n ž e n i r j e v Upravna enota prostega delovnega mesta oz. vrste dela: SEŽANA Na prosto delovno mesto bomo zaposlili: 1 Naziv delovnega mesta oz. vrste dela: PROJEKTANT - M/Ž Podroben opis delovnega mesta: NAČRTOVANJE V RAČUNALNIŠKEM OKOLJU SOLIDWORKS z v e z a w w w . z v e z a - z s i s . s i KLJUČAVNIČARSTVO BOJAN SPASOVIĆ S. P. Hotična 2 A 6242 MATERIJA Bogat program bo vključeval tudi predstavitev ključnih proizvajalcev tehnološke opreme in plinskih naprav, ki si jih bodo udeleženci lahko ogledali v živo in o njih povprašali strokovnjake. Dogodek bo potekal 30. septembra 2014 v Grand hotelu Union v Ljubljani. Način prijave kandidatov: kandidati naj pošljejo vlogo po e-pošti Kontaktna oseba: BOJAN SPASOVIĆ, 041 627-425, [email protected] 46 KLJUČAVNIČARSTVO BOJAN SPASOVIĆ S. P. Hotična 2 A 6242 MATERIJA 47 z v e z a s t r o j n i h i n ž e n i r j e v s l o v e n i j e w w w . z v e z a - z s i s . s i www.razvitovsloveniji.si svetstrojništva ZVEZA STROJNIH INŽENIRJEV SLOVENIJE Karlovška cesta 3, 1000 Ljubljana, Slovenija PROSTOR ZA POŠTNO ZNAMKO
© Copyright 2024