Studenci z PW stworzyli Mobilną Wytwornicę Ciekłego Azotu

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Potrzebowali źródła ciekłego azotu do pokazów i badań naukowych. Postanowili więc, że sami skonstruują odpowiednie urządzenie. Po 10 miesiącach pracy mogli z dumą prezentować Nitrogenosa. Pomysł Koła Naukowego Inżynierii Chemicznej i Procesowej już wzbudza zainteresowanie przemysłu, a ostatnio zdobył wyróżnienie w konkursie StRuNa 2016, podsumowującym działalność kół i innych organizacji studenckich z całej Polski.

Pomysłodawcą i koordynatorem przedsięwzięcia był Michał Wojtalik. Zadzwoniłem do paru kolegów, żeby zrealizowali ze mną ten projekt – opowiada. Zgodzili się. Jeszcze nie wiedzieli, ile czeka nas pracy.

Praktyka różni się od teorii

Studenci wykonali obliczenia projektowe poszczególnych elementów instalacji i zweryfikowali je poprzez symulacje komputerowe. Na podstawie tak sporządzonej dokumentacji zbudowali Nitrogenosa. Najlepsze jest to, że mogliśmy to zrobić sami – mówi Michał Wojtalik. Projektowanie jest fajne, ale wtedy nie ma tego dreszczyku emocji, który się pojawia, kiedy po raz pierwszy uruchamia się własne urządzenie.

Pracując nad Nitrogenosem, studenci mieli okazję zastosować w praktyce wiedzę zdobytą w czasie studiów. Jest trochę inaczej niż w teorii, wszystko jest dużo bardziej skomplikowane – zaznacza Michał Wojtalik. Na przykład przyjmuje się, że łatwo jest ochłodzić gaz, a okazuje się, że to nie jest takie proste, bo mamy tu aż 3 stopnie chłodzenia.

Jak zaznacza kierownik projektu, cała trudność polegała na tym, że trzeba było zadbać o mnóstwo drobnych, z pozoru prostych, rzeczy. To często niuanse, które potem mogą się przydać w pracy – mówi. Teraz wiemy, jakie elementy potrzebne do takiej instalacji są dostępne na rynku, ile kosztują, które z nich można kupić taniej, wiemy, jak zrealizować konkretny proces, znamy realne rozwiązania techniczne i konstrukcyjne. Po tym projekcie wiemy na przykład, że lepiej jest wspawać nypel do kołnierza niż toczyć kołnierz, bo to wielokrotnie tańsze.

Więcej pieniędzy = lepsza wydajność

Nitrogenos działa na zasadzie klasycznego cyklu termodynamicznego. To instalacja tania w produkcji – mówi Michał Wojtalik. Pozwala uzyskać z powietrza atmosferycznego ok. 300 ml skroplonego azotu na godzinę. Jak na tę kategorię urządzenia, to sporo.

Środki na jego zbudowanie pochodziły z Małej Puli na Projekty Naukowe Rady Kół Naukowych PW 2015, dofinansowania Komisji Dydaktycznej Samorządu Studentów PW, Grantu Rektorskiego dla Kół Naukowych PW oraz dotacji Dziekana Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej. W sumie było to ok. 25 tys. złotych. Biorąc pod uwagę skalę przedsięwzięcia, naprawdę niewiele. Pieniędzy nie starczyło m.in. na zautomatyzowanie procesu chłodzenia (to oznacza, że ktoś cały czas musi obsługiwać instalację) czy na osłony próżniowe wymienników (co przekłada się na mniejszą wydajność Nitrogenosa – z lepszą izolacją można by uzyskiwać nawet ok. litra azotu na godzinę).

Przeszkody są po to, by je pokonywać

W czasie pracy studenci raz za razem mierzyli się z kolejnymi wyzwaniami.

W beczce jest wymiennik przeciwprądowy, zbudowany z dwóch rur miedzianych: dwunastomilimetrowej i sześciomilimetrowej – opowiada Michał Wojtalik. Trzeba było wcisnąć jedną rurę w drugą, a każda ma 40 metrów. Parę miesięcy myśleliśmy, jak to zrobić. Nie mogliśmy przekonać warsztatu, żeby to wykonał, bo rury są dość drogie i nikt nie chciał brać odpowiedzialności. W końcu, jak panowie z warsztatu zobaczyli, że wcisnęliśmy 10 metrów, to się zgodzili. Wszyscy się dziwią, że to możliwe i że działa. Wymiennik, choć to najprostszy możliwy typ i w przemyśle się takich nie stosuje, ma zresztą dość dobrą wydajność – 230 watów mocy obciążenia cieplnego, przy ciśnieniu pracy około 220 barów.

Trzeba też było rozwiązać inny problem – jak skutecznie oddzielić azot od tlenu. Członkowie Koła Naukowego Inżynierii Chemicznej i Procesowej odrzucili swoją pierwszą koncepcję – adsorpcję zmiennociśnieniową, ponieważ była za droga. Ostatecznie zdecydowali się na dużo tańszy proces membranowy. Udało się uzyskać 1,5–2% czystości azotu, dla naszego urządzenia to wystarcza – mówi Michał Wojtalik.

Podczas pracy nad uzyskiwaniem ciekłego azotu należy być bardzo ostrożnym. To, że w powietrzu atmosferycznym mamy 79% azotu i 21% tlenu, nie oznacza, że po skropleniu będzie tak samo. Równowaga się przesuwa i mamy wtedy nawet 50% tlenu, czyli zbliżamy się już do ciekłego tlenu, który jest tak niebezpieczny, że czasem wystarczy kontakt z zaolejoną podłogą i natychmiast się zapali – wyjaśnia Michał Wojtalik. To dla nas problematyczne. Musimy zgromadzić w instalacji dość dużo gazu. Zbicie tlenu do właściwych stężeń zajmuje prawie godzinę.

Zgrany zespół podstawą sukcesu

Trzon zespołu pracującego nad Nitrogenosem, poza Michałem Wojtalikiem, stanowili Patryk Baran i Michał Fedoryk. Sprawami związanymi z elektryką zajmowali się Jakub Syczewski i Łukasz Górski. Przy projekcie pracowali też Paweł Antkowiak, Julia Bień, Nina Borzęcka, Wiktor Dobryniewski, Eliza Grzymkowska, Krystian Jędrzejczak, Marcin Kryczka, Radosław Krzosa i Kacper Siwek. Udało się stworzyć bardzo zgrany zespół, który przez 10 miesięcy ciężko pracował" – zaznacza Michał Wojtalik. "To wielka wartość.

Studenci mogli też liczyć na pomoc dr. inż. Piotra Machniewskiego, który na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej prowadzi zajęcia z termodynamiki procesowej. Potrafił przez 3–4 godziny rozmawiać z nami o instalacji, a takich spotkań było bardzo wiele – opowiada Michał Wojtalik.

Kwestia zaufania

Jak dotąd kierownik projektu prezentował Nitrogenosa firmie, która zajmuje się produkcją lodów. Trudno przekonać kogoś, że jak zrobiliśmy taką małą instalację, to możemy zrobić też taką w standardzie spożywczym – mówi. Ktoś musiałby nam zaufać.

Jak wyliczył Michał Wojtalik, studencki zespół z Politechniki Warszawskiej byłby w stanie zbudować odpowiednie urządzenie o wydajności około 10 litrów na godzinę za maksimum pół miliona złotych. To dwa razy mniej niż standardowy koszt tego typu instalacji na rynku. Cena jest tak mała głównie dlatego, że najważniejsza część technologii już jest przez nas opanowana, a główne problemy zostały zidentyfikowane i istnieją skuteczne metody ich rozwiązania – wyjaśnia Michał Wojtalik.

« powrót do artykułu