Nauka i Praktyka - bizneswnauce.po.opole.pl - Politechnika Opolska

NAUKA I PRAKTYKA 

- STAŻE ZAWODOWE 

W PRZEDSIĘBIORSTWACH 

POLITECHNIKA OPOLSKA 

Akademicki Inkubator Przedsiębiorczości 

2009

Spis treści: 

Wstęp 5 

1. Zygmunt A. Analiza oddziaływania zewnętrznych i wewnętrznych 

czynników na strukturę kapitału przedsiębiorstwa 

(w wybranym przedsiębiorstwie produkcyjnym) 7 

2. Zygmunt J. Wpływ finansowania zewnętrznego na kształtowanie się 

wydatków inwestycyjnych w przedsiębiorstwie 13 

3. Borsuk G. Zagadnienia związane z procesem transportu pneumatycznego 

w przemyśle cementowym 19 

4. Nowosielski G. Problemy eksploatacyjne separatora młyna cementu 29 

5. Płaczek M., 

Zawadzka A. 

Walidacja procesu mieszania 

35 

6. Bański R. Badania bimetalu stal austenityczna – tytan wyżarzanego 

w różnych warunkach 43 

7. Prażmowski 

M. 

Technologia łączenia materiałów z wykorzystaniem energii 

wybuchu na przykładzie bimetalu Cu-Al 51 

8. Bieniek A. Koncepcja sterownia stopniem recyrkulacji spalin, a normy 

emisji spalin pojazdów nonroad 61 

9. Korniak J. Synteza sterowania rozmytego modelem suwnicy przemysłowej 71 

10. Smolczyk A., 

Rosicki M. 

Wykorzystanie wielu procesorów w modelowaniu 

rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w atmosferze 79 

11. Szmolke N. Wybrane przykłady spalania biomasy 87 

12. Matuszek D., 

Mękal A. 

Technologia produkcji pasz w opolskiej wytwórni 97 

13. Skoczylas D. Zasady projektowania i wytwarzania urządzeń i aparatury 

na przykładzie firmy „Energomet” Sp. z o.o. 107 

14. Tańczuk M. Możliwości uzyskania oszczędności finansowych poprzez 

kontrolę strat energetycznych w procesie produkcji i przesyłu 

ciepła sieciowego 113 

15. Fotorelacja ze staży 121 

3

Wstęp 

Wiedza naukowa oraz umiejętności inżynierskie można uznać za podstawowe wsparcie 

dla procesów innowacyjnych w przedsiębiorstwach. Odpowiedzialność za tworzenie, 

rozwijanie i udostępnianie wiedzy i umiejętności spoczywa w większości na publicznych 

instytucjach naukowych i technologicznych takich jak Politechnika Opolska. Wytworzona 

przez te instytucje wiedza naukowa umożliwia zrozumienie oraz zapewnia podstawę 

teoretyczną dla rozwoju innowacji w przedsiębiorstwach. 

Wieloletnie doświadczenia Akademickiego Inkubatora Przedsiębiorczości Politechniki 

Opolskiej oraz działania podejmowane podczas realizacji projektów unijnych na rzecz 

transferu wiedzy i innowacji, pokazują, że systematycznie rośnie chęć współpracy 

środowiska naukowego Politechniki Opolskiej z przedsiębiorcami Opolszczyzny, lecz 

obie strony nadal nie wykorzystują w pełni możliwości nawiązywania i utrzymywania 

wspólnych kontaktów. 

Sytuacja ta wpływa m.in. na: 

- niewystarczające wykorzystanie przez przemysł wiedzy i badań naukowych, 

- niską jakość kształcenia na potrzeby gospodarki i rynku pracy, 

- brak odpowiedniego doświadczenia zawodowego (praktycznych elementów nauczania) 

wśród pracowników naukowych, 

- niewystarczającą ilość płaszczyzn wymiany doświadczeń i komunikacji, 

- utrwalenie stereotypu niechęci współpracy przedsiębiorców z nauką. 

Wychodząc naprzeciw potrzebom środowiska naukowego Politechniki Opolskiej oraz 

przedsiębiorców, Akademicki Inkubator Przedsiębiorczości Politechniki Opolskiej, złożył 

wniosek aplikacyjny o przyznanie funduszy w ramach Programu Operacyjnego Kapitał 

Ludzki, którego efektem stał się projekt pod nazwą „Przedsiębiorczy naukowiec”. 

Głównym celem projektu było wzmocnienie współpracy Politechniki Opolskiej 

i przedsiębiorstw dla uzyskania wzrostu gospodarczego Opolszczyzny, a jednym 

z elementów w/w projektu były staże naukowe dla pracowników naukowych i naukowo 

-dydaktycznych Politechniki Opolskiej. 

Projekt zakładał trzymiesięczny staż, podczas którego stażysta zobowiązany był 

udokumentować obecność w miejscu odbywania stażu w wymiarze 80 godzin miesięcznie. 

W ten sposób równocześnie z odbywaniem stażu mógł prowadzić zajęcia dydaktyczne 

na uczelni. Za każdy miesiąc stażysta otrzymywał wynagrodzenie w kwocie ustalonej 

w Umowie o Staż, a po zakończeniu stażu był zobowiązany dostarczyć raport końcowy 

oraz artykuł naukowy związany z wiedzą i zdobytym doświadczeniem. 

5

Do programu stażowego zgłosiło się 18 kandydatów, z których komisja rekrutacyjna 

wyłoniła grupę 15 stażystów. Stażyści reprezentowali 4 wydziały naszej uczelni, z czego 

najwięcej Wydział Mechaniczny, bo aż 10 osób. Pozostali kandydaci byli pracownikami: 

Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki (2 osoby), Zarządzania i Inżynierii 

Produkcji (2 osoby) oraz Wydziału Budownictwa (1 osoba). Wśród stażystów było 

11 mężczyzn i 4 kobiety. Zostali oni podzieleni na trzy grupy rozpoczynające staż 

w miesiącach grudzień 2008 r. oraz marzec i czerwiec 2009 r. Wśród korzyści, jakich 

oczekiwali stażyści z odbytego stażu w przedsiębiorstwie, wymieniali m.in.: weryfikację 

posiadanej wiedzy teoretycznej, zdobycie nowej wiedzy i umiejętności praktycznych, 

przyczyniając się tym samym do wzrostu wartości prowadzonych zajęć dydaktycznych, 

znalezienie nowych tematów badawczych oraz możliwość dalszego rozwoju naukowego 

we współpracy z przedsiębiorstwem. 

Do programu stażowego przystąpiło 13 przedsiębiorstw reprezentujących branże: 

cementową, energetyczną, samochodową, spożywczą, metalową, konstrukcyjną 

i informatyczną, z terenu naszego województwa. Nasi pracownicy skorzystali z ofert 

10 z nich. 

Po zakończeniu programu stażowego, tylko jedna z osób nie zadeklarowała chęci 

współpracy z przedsiębiorstwem w przyszłości, a większość stażystów dowiadywała się 

czy program będzie kontynuowany. W chwili obecnej wiadomo już, że tak. Następna 

edycja rusza na wiosnę 2010 r. w ramach projektu „Przedsiębiorczy naukowiec plus”. 

Niniejsza publikacja jest efektem staży pracowników Politechniki Opolskiej i stanowi 

zbiór artykułów do powstania których, przyczyniła się wiedza i umiejętności zdobyte 

podczas krótkiego stażu. W niektórych przypadkach stanowią one zaczątek prac nad 

problemami, z którymi nasi naukowcy mieli okazję spotkać się podczas stażu. Przedstawione 

w niniejszej publikacji artykuły poddane zostały recenzji, za co serdecznie dziękuję 

wszystkim recenzentom. Mam nadzieję, że staże będą początkiem trwalszej współpracy 

naszych pracowników z przedsiębiorcami i przyniosą wymierny efekt w postaci licznych 

artykułów naukowych, innowacji, a może i wniosków patentowych, czego im z całego 

serca życzę. 

Koordynator projektu ds. staży i monitoringu 

dr inż. Artur Olejnik 

6

Rozdział 

Aleksandra Zygmunt 

Politechnika Opolska, ul. L. Waryńskiego 4, 45-047 Opole 

e-mail: a.zygmunt@po.opole.pl 

Analiza oddziaływania zewnętrznych i wewnętrznych 

czynników na strukturę kapitału przedsiębiorstwa 

(w wybranym przedsiębiorstwie produkcyjnym) 

STRESZCZENIE: 

W artykule przedstawiona została istota struktury kapitału przedsiębiorstwa oraz jej 

determinant. Ponadto dokonano weryfikacji oddziaływania zewnętrznych i wewnętrznych 

czynników na strukturę kapitału wybranego przedsiębiorstwa produkcyjnego. 

ABSTRACT: 

This article shows the essence of capital structure and its determinants. Moreover it 

deals with the estimation of influence of external and internal determinants on capital 

structure in selected enterprise. 

I. WSTĘP 

Decyzje odnoszące się do struktury kapitału wywierają istotny wpływ na rożne 

obszary funkcjonowania przedsiębiorstwa. Wieloaspektowe powiązanie struktury 

kapitału z różnymi obszarami działania przedsiębiorstwa przejawia się głównie w postaci 

kierunków alokacji kapitału, poziomie ryzyka niewypłacalności oraz w oczekiwaniach 

kapitałodawców (w postaci oczekiwanej minimalnej stopy zwrotu z zaangażowanego 

przez nich kapitału). 

Identyfikacja czynników oddziałujących na strukturę kapitału przedsiębiorstwa 

powinna przyczyniać się do usprawnienia procesu podejmowania decyzji odnoszących 

się do struktury kapitału. 

Przeprowadzone badania stanowią efekt końcowy stażu dla pracowników naukowodydaktycznych 

Politechniki Opolskiej w ramach projektu „Przedsiębiorczy naukowiec”, 

realizowanego w ramach Priorytetu VIII Regionalne kadry gospodarki, Działania 8.2. 

Transfer wiedzy, Poddziałania 8.2.1 Wsparcie dla współpracy sfery nauki i przedsiębiorstw 

Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki. 

7

Nauka i Praktyka - Staże zawodowe w przedsiębiorstwach 

II. POJĘCIE STRUKTURY KAPITAŁU PRZEDSIĘBIORSTWA 

Analiza literatury przedmiotu uwypukla zagadnienie braku jednolitego podejścia do 

definiowania struktury kapitału przedsiębiorstwa. Struktura kapitału przedsiębiorstwa 

ujmowana jest na ogół jako ([10], s. 1): 

1. udział kapitału własnego oraz kapitału obcego w finansowaniu działalności 

rzedsiębiorstwa (R.W. Masulis (1988 r.), R.C. Higgins (1992 r.), S.A. Ross, R. 

W. Westerfield i J. Jaffe (1996 r.)), 

2. kapitał stały przedsiębiorstwa (kapitał własny oraz długoterminowy kapitał obcy) 

(J. Downes, J.E. Goodman (1991 r.), J.F. Weston, T.E. Copeland (1992 r.) oraz 

E.A. Helfert (1994 r.)), 

3. kapitał pozyskany poprzez emisję przez przedsiębiorstwo papierów wartościowych 

(m.in. poprzez emisję obligacji, bonów komercyjnych, obligacji) (R.A. Brealey 

oraz S.C. Myers (1995 r.)), 

4. suma kapitału własnego, długoterminowego kapitału obcego oraz tej części 

krótkoterminowego kapitału obcego od którego przedsiębiorstwo płaci odsetki 

(F. Modigliani, M.H. Miller (1963 r.), J. Gajdka (2002 r.)). 

W badaniach przyjęto zmodyfikowaną definicję struktury kapitału F. Modiglianiego, M. 

H. Millera (1963 r.) oraz J. Gajdki (2002 r.). Modyfikacja ta, zaproponowana przez J. Gajdkę 

(2002 r.), polega na włączeniu do struktury kapitału przedsiębiorstwa krótkoterminowych 

zobowiązań z tytułu dostaw i usług, które na ogół nie są oprocentowane ([2], s. 14). 

Uwzględnienie w strukturze kapitału przedsiębiorstwa zobowiązań z tytułu dostaw i usług, 

uzasadnione jest ich stosunkowo wysokim poziomem w polskich przedsiębiorstwach ([5], 

s. 21). Za strukturę kapitału przedsiębiorstwa przyjęto zatem sumę kapitału własnego, 

długoterminowego kapitału obcego oraz tej części krótkoterminowego kapitału obcego od 

którego przedsiębiorstwo płaci odsetki wraz z zobowiązaniami z tytułu dostaw i usług. 

III. CZYNNIKI STRUKTURY KAPITAŁU PRZEDSIĘBIORSTWA 

Czynniki struktury kapitału przedsiębiorstwa sklasyfikowane mogą być według różnych 

kryteriów. Biorąc pod uwagę możliwość reagowania na nie przez przedsiębiorstwo, wyróżnia 

się czynniki zewnętrzne oraz czynniki wewnętrzne. Jako czynniki zewnętrzne traktowane 

są te czynniki, na które przedsiębiorstwo nie ma w zasadzie możliwości reagowania ([9], 

s. 51, [5], s. 295). Do czynników tych, zalicza się tzw. czynniki makrootoczenia (czynniki 

ekonomiczne, prawne, technologiczne, polityczne, międzynarodowe, społeczne oraz 

demograficzne) ([4], s. 60) oraz czynniki mikrootoczenia (specyfika branży) ([4], s. 60). 

Natomiast jako czynniki wewnętrzne przyjmowane są te czynniki, na które przedsiębiorstwo 

ma możliwość wywierania wpływu m.in. poprzez odpowiednie kreowanie polityki 

finansowej ([8], s. 16). Na ogół do czynników wewnętrznych zalicza się koszt kapitału, 

rozmiar i dynamikę wzrostu przedsiębiorstwa, rentowność przedsiębiorstwa, unikalność 

produktu oraz politykę właścicielską ([5], s. 295–300). 

8

Rozdział 1: Analiza oddziaływania zewnętrznych i wewnętrznych czynników 

IV. METODOLOGIA PRZEPROWADZONYCH BADAŃ 

Przeprowadzone badania koncentrowały się na identyfikacji wpływu zewnętrznych 

oraz wewnętrznych czynników na strukturę kapitału przedsiębiorstwa produkcyjnego. 

Badania obejmowały okres od 2001 roku do 2007 roku. Podstawowe źródło danych 

stanowiły informacje zawarte w sprawozdaniach finansowych badanego przedsiębiorstwa 

za okres 2001–2007. W badaniach wykorzystano metodę prostej regresji liniowej. 

Istotność parametrów strukturalnych wyestymowanych modeli zweryfikowana została 

testem F Fishera–Snedecora. W celu określenia stopnia dopasowania poszczególnych 

modeli do danych empirycznych, wykorzystano współczynnik determinacji (R 2 ). 

Natomiast do testowania występowania autokorelacji pierwszego rzędu, zastosowano 

test Durbina–Watsona. 

V. REZULTATY BADAŃ NAD ODDZIAŁYWANIEM 

ZEWNĘTRZNYCH ORAZ WEWNĘTRZNYCH 

CZYNNIKÓW NA STRUKTURĘ KAPITAŁU BADANEGO 

PRZEDSIĘBIORSTWA 

W przeprowadzonych badaniach jako zmienną objaśnianą Y przyjęto strukturę kapitału 

badanego przedsiębiorstwa. Do opisu zmiennej objaśnianej Y przyjęto następujące 

zmienne objaśniające: 

—— nieodsetkową tarczę podatkową, 

} 

czynniki zewnętrzne 

—— specyfikę branży, 

} 

—— rozmiar przedsiębiorstwa, 

—— dynamikę wzrostu przedsiębiorstwa, 

czynniki wewnętrzne 

—— rentowność przedsiębiorstwa, 

—— koszt kapitału. 

Sposób obliczania przyjętych do badań zmiennych objaśniających został zaprezentowany 

w poniższej tabeli. 

Tabela 1. Zmienne objaśniające i sposób ich obliczania 

Czynnik 

Zmienna 

objaśniająca 

Sposób obliczania 

nieodsetkowa tarcza 

podatkowa 

X 1 

iloraz amortyzacji do aktywów ogółem 

specyfika branży X 2 

iloraz rzeczowych aktywów trwałych do 

aktywów ogółem 

9


rozmiar przedsiębiorstwa X 3 

wartość przychodów ze sprzedaży 

dynamika wzrostu 

przedsiębiorstwa X 4 

roczna stopa wzrostu aktywów 

rentowność 

przedsiębiorstwa 

X 5 

iloraz zysku operacyjnego do 

przychodów ze sprzedaży 

koszt kapitału X 6 

o wartość odsetek do księgowej 

iloraz zysku netto zwiększonego 

wartości aktywów ogółem 

W celu weryfikacji istotności statystycznej zmiennych objaśniających, przyjęto 

następujące hipotezy: 

H 0 

: zmienna objaśniająca nieistotnie wpływa na zmienną objaśnianą Y, 

H 1 

: zmienna objaśniająca istotnie wpływa na zmienną objaśnianą Y. 

Wyniki badań regresji liniowej opisującej wpływ zmiennych objaśniających na 

zmienną objaśnianą Y, przedstawia poniższa tabela: 

Tabela 2. Wyniki badań prostej regresji liniowej poszczególnych zmiennych objaśniających 

i zmiennej objaśnianej Y 

Zmienna 

objaśniająca 

Współczynnik 

Istotność 

F 

F t ei 

Wartość p R 2 

α 0 

0,623 

0,008 18,591 

15,281 2,180•10 -5 0,788 

X 1 

-5,264 -4,312 0,008 

α 0 

0,551 

0,246 1,724 

7,557 6,431•10 -4 0,256 

X 2 

-0,250 -1,313 0,246 

α 0 

0,680 

4,672 0,005 

0,195 2,240 

X 3 

-6,044•10 -10 -1,497 0,195 

3,094•10 -1 

α 0 

0,423 

0,023 10,519 

15,262 2,190•10 -5 0,678 

X 4 

0,342 3,243 0,023 

α 0 

0,493 

6,135 0,002 

0,732 0,131 

X 5 

-0,600 -0,362 0,732 

0,026 

α 0 

0,477 

7,521 0,001 

0,857 0,036 

X 6 

-0,127 -0,190 0,857 

0,007 

10

Rozdział 1: Analiza oddziaływania zewnętrznych i wewnętrznych czynników 

Na podstawie wyników estymacji regresji liniowej w badanym przedsiębiorstwie, 

stwierdzono brak istotnego statystycznie (na poziomie istotności α = 0,05) wpływu 

zmiennych objaśniających X 2 

, X 3 

, X 5 

, X 6 

na zmienną objaśnianą Y. 

Przeprowadzone badanie nad wpływem zmiennej objaśniającej X 1 

na zmienną objaśnianą 

Y wskazuje, że oddziaływanie to było statystycznie istotne na poziomie istotności α = 0,05. 

Otrzymana wartość statystyki empirycznej F, jest bowiem wyższa od wartości statystyki 

empirycznej F * , co pozwala na przyjęcie hipotezy H 1 

. Kierunek tego oddziaływania 

pozwala stwierdzić, że wzrostowi zmiennej objaśniającej X 1 

towarzyszy spadek zmiennej 

objaśnianej Y. Obliczony współczynnik determinacji (R 2 ) wynosi 0,788, co świadczy 

o dobrym stopniu wyjaśniania zmienności zmiennej objaśnianej Y przez zmienną 

objaśniającą X 1 

. Wyniki badań pozwalają stwierdzić, że w wyestymowanym modelu 

autokorelacja odchyleń losowych pierwszego rzędu nie występuje. 

Analiza wyników estymacji regresji liniowej, pozwala wnioskować o istotnym 

statystycznie (na poziomie istotności α = 0,05) wpływie zmiennej objaśniającej X 4 

na zmienną objaśnianą Y. Kierunek oddziaływania wskazuje, że wzrostowi zmiennej 

objaśniającej X 4 

towarzyszy wzrost zmiennej objaśnianej Y. 

Współczynnik determinacji (R 2 ) wynosi 0,678, co świadczy o dobrym stopniu wyjaśniania 

zmienności zmiennej objaśnianej Y przez zmienną objaśniającą X 4 

. Autokorelacja odchyleń 

losowych pierwszego rzędu nie występuje. 

Przeprowadzone badania nad oddziaływaniem zewnętrznych i wewnętrznych czynników 

na strukturę kapitału badanego przedsiębiorstwa w latach 2001–2007, prowadzą przede 

wszystkim do następujących wniosków: 

—— spośród przyjętych do badań zewnętrznych czynników na strukturę kapitału 

badanego przedsiębiorstwa oddziaływała nieodsetkowa tarcza podatkowa. 

Wzrostowi nieodsetkowej tarczy podatkowej towarzyszył spadek kapitału obcego 

w strukturze kapitału przedsiębiorstwa, 

—— na strukturę kapitału badanego przedsiębiorstwa nie wpływała specyfika 

branży, 

—— spośród wewnętrznych czynników na strukturę kapitału badanego przedsiębiorstwa 

wpływała dynamika wzrostu przedsiębiorstwa. Zidentyfikowano, że wyższa 

dynamika wzrostu przedsiębiorstwa wywoływała wzrost udziału kapitału obcego 

w strukturze kapitału badanego przedsiębiorstwa, 

—— na strukturę kapitału w badanym przedsiębiorstwie nie oddziaływał rozmiar 

przedsiębiorstwa, jego rentowność, a także koszt kapitału (podobne rezultaty 

odnoszące się do braku wpływu powyższych czynników na strukturę kapitału 

potwierdzają m.in. badania J. Gajdki (2002 r.), F. Modiglianiego, M. H. Millera 

(1958 r.). 

11


VI. PODSUMOWANIE 

Przeprowadzone badania umożliwiły identyfikację dwóch czynników oddziałujących 

na strukturę kapitału badanego przedsiębiorstwa. Czynnikami tymi są nieodsetkowa 

tarcza podatkowa oraz dynamika wzrostu przedsiębiorstwa. Ze względu na charakter 

oddziaływania decyzji odnoszących się do struktury kapitału m.in. na bieżące wyniki 

finansowe, wartość przedsiębiorstwa uwzględnienie wyodrębnionych czynników struktury 

kapitału nabiera istotnego znaczenia. 

LITERATURA 

[1] BREALEY R.A., MYERS S.C.: Principles of Corporate Finance. McGraw-Hill, 

New York 1995. 

[2] DULINIEC A.: Struktura i koszt kapitału w przedsiębiorstwie. Wydawnictwo 

Naukowe PWN, Warszawa 1998. 

[3] DOWNES J., GOODMAN J.E., Dictionary of Finance and Investment Terms. 

Barron’s Educational Series, Hauppauge 1991. 

[4] Funkcjonowanie przedsiębiorstwa w gospodarce rynkowej. red. P. WACHOWIAK. 

Wydawnictwo Stowarzyszenia Księgowych w Polsce, Warszawa 2006. 

[5] GAJDKA J.: Teorie struktury kapitału i ich aplikacja w warunkach polskich. 

Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2002. 

[6] HELFERT E.A.: Techniques of Financial Analysis. A Practical Guide to Managing 

and Measuring Business Performance. Irvin, Burr Ridge 1994. 

[7] HIGGINS R.C.: Analysis for Financial Management. Irwin, Homewood 1992. 

[8] ICKIEWICZ J.: Pozyskiwanie, koszt i struktura kapitału w przedsiębiorstwach. 

Wydawnictwo Szkoły Głównej Handlowej w Warszawie, Warszawa 2001. 

[9] JERZEMOWSKA M.: Kształtowanie struktury kapitału w spółkach akcyjnych. 

Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999. 

[10] MASULIS R.W.: The Debt/Equity Choice. Ballinger Publishing Company, 

Cambridge 1988. 

[11] MODIGLIANI F., MILLER M.H.: Corporate Taxes and a Cost of Capital: 

a correction. American Economic Review, 1963, vol. 53. 

[12] ROSS S.A., WESTERFIELD R.W., JAFFE J.: Corporate Finance. Irwin, Chicago 

1996. 

[13] TITMAN S., WESSELS R.: The Determinants of Capital Structure Choice. Journal 

of Finance, 1988, vol. 43. 

[14] WESTON J.F., COPELAND T.E.: Managerial Finance, Cassell 1992. 

12

Rozdział 

Justyna Zygmunt 

Politechnika Opolska, ul. L. Waryńskiego 4, 45-047 Opole 

e-mail: j.zygmunt@po.opole.pl 

Wpływ finansowania zewnętrznego 

na kształtowanie się wydatków 

inwestycyjnych w przedsiębiorstwie 

STRESZCZENIE: 

W artykule podjęto problematykę wpływu kapitału pochodzącego z zewnętrznych 

źródeł finansowania na kształtowanie się określonych zachowań przedsiębiorstw 

w zakresie wydatków inwestycyjnych. Na podstawie badań empirycznych, weryfikacji 

poddano znaczenie i siłę oddziaływania finansowania zewnętrznego na poziom wydatków 

inwestycyjnych oraz ich strukturę. 

ABSTRACT: 

The article underlines the issues related to the external financing influence on the 

company determined behaviours assuming in the field of investment cash outflows. On the 

basis of empirical studies the attempt was undertaken to verify the significance of external 

financing in the process of investment cash outflows size and structure shaping. 

I. Wstęp 

Realizacja działalności inwestycyjnej wiąże się na ogół z długoterminowym 

angażowaniem przez przedsiębiorstwo określonych kapitałów. Pokrywanie potrzeb 

finansowych działalności inwestycyjnej odbywać się może na drodze samofinansowania 

lub też opierać się może na kapitałach pochodzących z zewnętrznych źródeł finansowania. 

Swoboda wyboru tych źródeł przez przedsiębiorstwo, determinowana jest szeregiem 

heterogenicznych czynników, do których zaliczyć można przede wszystkim stopień rozwoju 

rynku finansowego, koniunkturę gospodarczą czy też wewnętrzne kryteria decyzyjne 

przedsiębiorstwa (akceptowany poziom ryzyka, zależność od kapitałodawcy, akceptacja 

zmian w strukturze własnościowej itd.). Wykorzystywanie finansowania zewnętrznego 

wpływać może na kształtowanie się określonych zachowań przedsiębiorstwa w zakresie 

prowadzonej działalności inwestycyjnej. Dlatego też w artykule podjęta została próba 

13


zbadania, w jakim zakresie wykorzystanie finansowania zewnętrznego do pokrywania 

potrzeb finansowych działalności inwestycyjnej kształtuje poziom wydatków inwestycyjnych 

oraz ich strukturę. Badania przeprowadzone w celu znalezienia odpowiedzi na postawione 

pytanie badawcze są rezultatem stażu dla pracowników naukowo-dydaktycznych 

Politechniki Opolskiej w ramach projektu „Przedsiębiorczy naukowiec”, realizowanego 

w ramach Priorytetu VIII Regionalne kadry gospodarki, Działania 8.2. Transfer wiedzy, 

Poddziałania 8.2.1 Wsparcie dla współpracy sfery nauki i przedsiębiorstw Programu 

Operacyjnego Kapitał Ludzki. 

II. FINANSOWANIE ZEWNĘTRZNE DZIAŁALNOŚCI 

INWESTYCYJNEJ – ASPEKTY TEORETYCZNE 

Problematyka finansowania zewnętrznego działalności inwestycyjnej w przedsiębiorstwie, 

podejmowana jest przede wszystkim w teorii hierarchii źródeł finansowania. Zgodnie z nią, 

w warunkach asymetrii informacyjnej wybór źródeł finansowania przez przedsiębiorstwo 

ukierunkowany jest na zmniejszenie nieefektywności działalności inwestycyjnej poprzez 

dobór źródeł według określonej kolejności [zob. szerzej: [6] [7] [3]]. W tym kontekście 

widoczne jest występowanie preferencji przedsiębiorstw wyrażających się w przedkładaniu 

finansowania wewnętrznego nad finansowanie zewnętrzne. Za wykorzystaniem finansowania 

wewnętrznego do pokrywania potrzeb finansowych działalności inwestycyjnej przemawiają 

następujące argumenty: 

•• zastosowanie wewnętrznych źródeł finansowania prowadzi do eliminacji asymetrii 

informacyjnej, 

•• pozyskiwanie kapitału z wewnętrznych źródeł finansowania nie wiąże się 

z ograniczeniem władzy menedżerów w przedsiębiorstwie [1], 

•• kapitał pochodzący z wewnętrznych źródeł finansowania cechuje się stosunkowo 

wysoką dostępnością, 

•• występuje relatywnie wysoka swoboda dysponowania kapitałem pochodzącym 

z wewnętrznych źródeł finansowania na realizację określonych działań 

inwestycyjnych. 

Jak zauważa S. Shapiro, preferowanie finansowania wewnętrznego przez przedsiębiorstwo, 

stanowić może równocześnie wyraz dążeń przedsiębiorstwa do odseparowania się od 

rynków kapitałowych [8]. Oparcie finansowania o źródła wewnętrzne, wynikać może 

także z niechęci menedżerów do poddawania się procedurom kontrolnym, czy też 

może być przejawem dążeń menedżerów do redukcji prawdopodobieństwa bankructwa 

przedsiębiorstwa, które mogłoby obniżyć ich prestiż zawodowy. 

Ograniczona wysokość kapitału pochodzącego z wewnętrznych źródeł finansowania 

determinować może konieczność pozyskiwania kapitału z zewnętrznych źródeł finansowania 

w celu realizacji działalności inwestycyjnej o określonych rozmiarach i strukturze. 

Pojawiającemu się na tym tle wzrostowi asymetrii informacyjnej, towarzyszą pozytywne 

efekty finansowania zewnętrznego w postaci możliwości obniżenia obciążeń podatkowych 

przez przedsiębiorstwo, wykorzystania efektów dźwigni finansowej, pozyskania dodatkowego 

narzędzia oceny efektywności podejmowanych działań inwestycyjnych poprzez rynkową 

14

Rozdział 2: Wpływ finansowania zewnętrznego na kształtowanie się wydatków inwestycyjnych 

weryfikację działalności inwestycyjnej przedsiębiorstwa. 

Wykorzystanie kapitału pochodzącego z zewnętrznych źródeł finansowania do 

pokrywania potrzeb finansowych działalności inwestycyjnej, wpływać może wobec 

powyższego na podejmowane przez przedsiębiorstwo decyzje w zakresie realizacji 

tej działalności. Na podstawie licznych badań empirycznych weryfikujących istotność 

hierarchii źródeł finansowania [zob. szerzej [2] [4] [9]] zaobserwowano, że przedsiębiorstwa 

charakteryzujące się wysoką rentownością nie opierają się w istotnym zakresie na finansowaniu 

zewnętrznym, ze względu na wysokie możliwości pokrywania potrzeb finansowych 

działalności inwestycyjnej z wewnętrznych źródeł finansowania. Zauważono także, że 

struktura kapitału przedsiębiorstwa zależy od przyjętego przez nią sposobu finansowania 

działalności inwestycyjnej [4]. Stwierdzić można zatem, że w przedsiębiorstwach 

charakteryzujących się dobrą kondycją ekonomiczno-finansową rozmiary działalności 

inwestycyjnej skorelowane są ujemnie z poziomem finansowania zewnętrznego. Analiza 

literatury przedmiotu prowadzi jednocześnie do konkluzji o niedostatku badań podejmujących 

zagadnienie wpływu kapitału pochodzącego z zewnętrznych źródeł finansowania na 

poziom wydatków inwestycyjnych, czy też na realizację w przedsiębiorstwie decyzji 

dotyczących realizacji określonych rodzajów inwestycji. 

III. ANALIZA EMPIRYCZNA ODDZIAŁYWANIA FINANSO- 

WANIA ZEWNĘTRZNEGO NA KSZTAŁTOWANIE SIĘ 

WYDATKÓW INWESTYCYJNYCH 

Badania empiryczne nad identyfikacją znaczenia i siły oddziaływania finansowania 

zewnętrznego na wydatki inwestycyjne przeprowadzone zostały dla okresu 1998-2007 

i oparte zostały na danych finansowych dużego przedsiębiorstwa ciepłowniczego 

świadczącego swoje usługi na obszarze kilku województw w zakresie wytwarzania, 

przesyłu, dystrybucji i sprzedaży energii cieplnej oraz energii elektrycznej. Wybór dolnej 

granicy okresu badawczego wyznaczony został rokiem powstania Przedsiębiorstwa na 

skutek przekształceń własnościowych podmiotu funkcjonującego od 1974 roku. Natomiast 

wybór górnej granicy horyzontu badań podyktowany został dostępnością sprawozdań 

finansowych Przedsiębiorstwa na okres gromadzenia danych i przeprowadzania badań. 

Analiza wpływu finansowania zewnętrznego na kształtowanie się wydatków 

inwestycyjnych w przedsiębiorstwie przeprowadzona została w oparciu o współczynnik 

korelacji liniowej Pearsona oraz jednorównaniowy model regresji liniowej opisany 

wzorem [por.: [5]]: 

Y = α 0 

+ α 1 

x + ε (1) 

gdzie: 

Y - zmienna objaśniana, 

α 1 

- współczynnik regresji zmiennej Y względem zmiennej X, 

α 0 

- wyraz wolny, 

x - zmienna objaśniająca, 

ε - składnik losowy. 

15


Do estymacji parametrów modelu zastosowano metodę najmniejszych kwadratów. 

Jako zmienne objaśniane przyjęto: 

•• 

poziom wydatków inwestycyjnych (Y ), 1 

•• 

wydatki na inwestycje rzeczowe i niematerialne (Y ), 2 

•• 

wydatki na inwestycje finansowe (Y ). 3 

Zmienna objaśniana Y 1 

skwantyfikowana została jako log e 

poziomu wydatków 

inwestycyjnych, natomiast do opisu zmiennej objaśnianej Y 2 

wybrano udział wydatków 

na inwestycje rzeczowe i niematerialne w wydatkach inwestycyjnych w badanym 

przedsiębiorstwie. Z kolei, kwantyfikacja zmiennej objaśnianej Y 3 

oparta została o udział 

wydatków na inwestycje finansowe w wydatkach inwestycyjnych. Przyjęta w badaniu 

klasyfikacja strukturywydatków inwestycyjnych na wydatki dotyczące inwestycji 

rzeczowych i niematerialnych oraz wydatki związane z realizacją inwestycji finansowych, 

podyktowana została niemożnością precyzyjnego przypisania strumieni wydatków 

odrębnie do grupy inwestycji rzeczowych lub inwestycji niematerialnych w oparciu 

o dane źródłowe pochodzące z rachunku przepływów pieniężnych, w którym zgodnie 

z ustawą z dnia 29 września 1994 r. o rachunkowości (Dz. U. 1994 Nr 121 poz. 591 z późn. 

zmianami) wydatki na te inwestycje wykazywane są w jednej grupie jako „wydatki na 

nabycie wartości niematerialnych i prawnych oraz rzeczowych aktywów trwałych”. 

Zmienna objaśniająca (X) zdefiniowana została jako poziom finansowania zewnętrznego 

ustalony jako udział kapitałów pochodzących z zewnętrznych źródeł finansowania 

w strukturze kapitału badanego przedsiębiorstwa. 

Przeprowadzone badania wstępne w obszarze przyjętych zmiennych objaśnianych 

pozwoliły zidentyfikować występowanie silnej zależności stochastycznej między zmiennymi 

Y 2 

oraz Y 3 

(przyjęto, że silna zależność stochastyczna między zmiennymi występuje 

wówczas, gdy współczynnik korelacji liniowej wynosi co najmniej 0,9). Podjęto decyzję 

o przyjęciu obu tych zmiennych do dalszych badań ze względu na ich istotne znaczenie 

w procesie analizy wpływu finansowania zewnętrznego na kształtowanie się struktury 

wydatków inwestycyjnych. 

W celu opisania zależności wydatków inwestycyjnych od kształtowania się 

poziomu finansowania zewnętrznego w badanym przedsiębiorstwie obliczone zostały 

współczynniki korelacji liniowej Pearsona między badanymi zmiennymi. Uwzględniono 

przy tym możliwość wystąpienia opóźnień w oddziaływaniu zmiennej objaśniającej 

na poszczególne zmienne objaśniane. Zaobserwowano, że zmienna objaśniająca była 

najsilniej powiązana ze wszystkimi zmiennymi objaśnianymi w przypadku opóźnień 

o dwa okresy (t-2). Zauważono przy tym, że relacja liniowa ze zmienną objaśnianą 

Y 1 

miała znaczący charakter. Za pomocą testu F Fishera-Snedecora zidentyfikowano 

jednocześnie występowanie nieistotnego statystycznie powiązania między zmienną 

objaśniającą a zmiennymi objaśnianymi Y 2 

oraz Y 3 

. Z tego względu dalsza część badań 

prowadzona była tylko dla zmiennej objaśnianej Y 1 

. 

16

Rozdział 2: Wpływ finansowania zewnętrznego na kształtowanie się wydatków inwestycyjnych 

Estymacja parametrów jednorównaniowego modelu regresji liniowej opisującego 

wpływ zmiennej objaśniającej na zmienną objaśnianą Y 1 

umożliwiła przedstawienie 

postaci empirycznej modelu jako: 

(2) 

Ŷ 1t 

= - 0,0419 X (t-2) 

+ 1,6003 

(0,0108) (0,1845) 

Na podstawie współczynnika determinacji stwierdzono, że wyestymowany model 

charakteryzuje się wysokim poziomem wyjaśniania zmienności zmiennej objaśnianej 

Y 1 

przez zmienną objaśniającą. Za pomocą testu t-Studenta, potwierdzono istotność 

parametrów strukturalnych modelu na poziomie istotności α = 0,10. Zjawisko autokorelacji 

składników losowych pierwszego rzędu nie występuje. 

IV. Wnioski 

Wyniki przeprowadzonych badań pozwalają zauważyć, że nie występuje zależność 

liniowa między wykorzystaniem finansowania zewnętrznego do pokrywania potrzeb 

finansowych działalności inwestycyjnej, a kształtowaniem się struktury wydatków 

inwestycyjnych w rozpatrywanym Przedsiębiorstwie. Zaobserwowano jednocześnie, że 

poziom wydatków inwestycyjnych kształtowany jest istotnie poziomem finansowania 

zewnętrznego (z opóźnieniem o dwa okresy). Ograniczenie poziomu finansowania 

zewnętrznego o 1% znajduje swoje odbicie w badanym Przedsiębiorstwie we wzroście 

wydatków inwestycyjnych o 0,0419 log e 

poziomu wydatków inwestycyjnych. Wniosek ten 

jest spójny z obserwacjami wynikającymi z teorii hierarchii źródeł finansowania. Zaznaczyć 

należy przy tym, że przeprowadzone badania mają charakter badań wstępnych, a analiza 

i ocena zależności zachodzących między finansowaniem zewnętrznym, a kształtowaniem 

się wydatków inwestycyjnych w przedsiębiorstwie, powinna być przedmiotem dalszych, 

pogłębionych badań. Istotna na tym tle wydaje się weryfikacja uzyskanych wyników na 

gruncie reprezentatywnej grupy przedsiębiorstw, jak również identyfikacja czynników 

wpływających na kształtowanie się określonych zależności między finansowaniem 

zewnętrznym, a działalnością inwestycyjną. 

LITERATURA 

[1] ADAMCZYK A.: Opodatkowanie dochodu, a decyzje inwestycyjne przedsiębiorstw 

w świetle celów działalności gospodarczej, w: red. PLUTA W.: Zarządzanie finansami 

firm – teoria i praktyka. Prace Naukowe Akademii Ekonomicznej we Wrocławiu Nr 

1109, Wrocław 2006, s. 18-22. 

[2] ALBACH H., HUNSDIEK E., KOKAJ L.: Finanzierung mit Risikokapital, 

Stuttgart 1986 [za:] IWIN-GARZYŃSKA J.: Akumulacja wewnętrzna kapitału na tle 

teorii finansowania przedsiębiorstw, w: red. PLUTA W.: Zarządzanie finansami firm 

– teoria i praktyka. Prace Naukowe Akademii Ekonomicznej we Wrocławiu nr 1109, 

Wrocław 2006. 

17


[3] DONALDSON G.: Corporate Debt Capacity: A study of Corporate Debt Policy and 

Determination of Debt Capacity. Boston Graduate School of Business Administration, 

Boston 1961. 

[4] GAJDKA J.: Teorie struktury kapitału i ich aplikacja w warunkach polskich. 

Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2002, s. 230-248. 

[5] IGNATCZYK W., CHROMIŃSKA M.: Statystyka: teoria i zastosowanie. 

Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bankowej w Poznaniu, Poznań 1998, s. 165. 

[6] MYERS S.C.: The Capital Structure Puzzle. „Journal of Finance” 1984, vol. 39. 

[7] MYERS S.C., MAJLUF N.: Corporate Financing and Investment. When Firms 

Have Information that Investors Do Not Have. „Journal of Financial Economics” 1984, 

vol. 13. 

[8] SHAPIRO A.C.: Modern Corporate Finance. MacMillan Publishing Company, 

London 1997, s. 484. 

[9] SKOWROŃSKI A.: Kształtowanie struktury kapitału jako przedmiot decyzji 

finansowych, w: red. SOBIECH J.: Kapitałowa strategia przedsiębiorstwa. Wydawnictwo 

Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, Poznań 2002, s. 59-73. 

[10] Krajowy Standard Rachunkowości nr 1 „Rachunek przepływów pieniężnych” 

przyjęty przez Komitet Standardów Rachunkowości w dniu 22 lipca 2003 r. (uchwała 

nr 5/03), Dziennik Urzędowy Ministra Finansów nr 12 z dnia 29 sierpnia 2003 r. 

[11] Ustawa z dnia 29 września 1994 r. o rachunkowości (Dz. U. 1994 Nr 121 poz. 591 

z późn. zmianami). 

18

Rozdział 

Grzegorz Borsuk 

Politechnika Opolska, ul. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole 

g.borsuk@po.opole.pl 

Zagadnienia związane z procesem transportu 

pneumatycznego w przemyśle cementowym 

STRESZCZENIE: 

Transport pneumatyczny materiałów rozdrobnionych odgrywa bardzo ważną rolę 

w procesie produkcji cementu. W artykule opisano proces produkcji cementu ze szczególnym 

uwzględnieniem tych etapów, gdzie występuje transport pneumatyczny. 

ABSTRACT: 

Pneumatic conveying of pulverized materials plays an important role in the production 

of cement. The article describes the process of cement production with a special scope 

on those stages where pneumatic transport takes place. 

I. 

WSTĘP 

Cement jest podstawowym materiałem używanym w budownictwie. Może być stosowany 

w postaci zaprawy do łączenia elementów, jako podstawowy składnik mieszanki betonowej, 

do produkcji betonowych elementów prefabrykowanych, wielkogabarytowych konstrukcji 

monolitycznych, dachówek, pustaków, itp. Cement dzięki swoim właściwościom jest 

praktycznie wszechobecny – ulice, domy mosty, zapory, tunele, lotniska, drogi, chodniki. 

Jest to spoiwo hydrauliczne, co oznacza, że proces jego twardnienia może przebiegać 

pod wodą. 

Produkcja cementu charakteryzuje się dość dużym udziałem powietrza w procesie 

transportu na różnych etapach. Układ transportu pneumatycznego składa się zazwyczaj 

z wielu elementów składowych, takich jak: kanały, kolana, rozdzielacze. Uzyskiwany 

jest przez wypał w wysokiej temperaturze w piecu cementowym wielu surowców, takich 

jak: wapień, wapień marglisty, margiel, glina czy iłołupek. Klinkier cementowy jest 

półproduktem do produkcji cementu. 

Podstawowe tlenki, z których zbudowany jest klinkier to: CaO, SiO 2 

, Al 2 

O 3 

, Fe 2 

O 3 

powszechnie występujące w przyrodzie. Związki te, podczas wypału w piecu pod 

19


wpływem wysokiej temperatury reagują ze sobą tworząc podstawowe fazy klinkierowe. 

Są nimi[1]: 

—— 

krzemian trójwapniowy Ca SiO , tzw. alit o wzorze technologicznym (C S), 

2 5 3 

—— 

krzemian dwuwapniowy Ca SiO , tzw. belit (C S), 

2 4 2 

—— 

glinian trójwapniowy Ca Al O , tzw. braunilleryt (C AF). 

3 2 6 4 

Cement portlandzki czysty, uzyskuje się poprzez przemiał klinkieru cementowego 

z gipsem w młynach cementu. Dodatek gipsu reguluje czas wiązania (twardnienia) 

cementu, ponieważ bez obecności siarczanów podczas hydratacji (reakcje minerałów 

klinkierowych z wodą) twardnienie cementu odbywałoby się za szybko, prawie natychmiast 

po zarobieniu cementu z wodą. 

II. PRZYGOTOWANIE SUROWCA 

Proces produkcji cementu jest technologicznie dość złożony. Pierwszym etapem jest 

uzyskanie surowców do produkcji, najczęściej w zakładowych kopalniach odkrywkowych. 

Podstawowe kopaliny naturalne to: wapień, wapień marglisty, margiel, glina. Dodatkowo 

w celu korekcji składu surowcowego wykorzystuje się: łupek, pucolany, surowce 

żelazonośne, piasek. Przygotowanie zestawu surowcowego do pieca cementowego jest 

jedną z najważniejszych operacji w całym procesie technologicznym produkcji cementu. 

Utrzymanie zadanego stałego składu mąki surowcowej przygotowywanej do wypału 

w piecu jest podstawą otrzymania dobrego półproduktu, czyli klinkieru cementowego. 

Surowiec dostarczany z kopalni jest kruszony i wstępnie uśredniany. Drobny przemiał 

surowców może odbywać się w młynach kulowych lub w pionowych młynach rolowomisowych. 

Młyny surowca podobnie jak inne urządzenia w przemyśle cementowym 

wyposażone są w filtry w celu ograniczenia emisji. Przygotowywana mąka surowcowa, 

bardzo drobno zmielona gromadzona jest w silosach i poddawana korekcji składu 

i homogenizacji. Transport mieszanki z młyna surowca odbywa się kanałami powietrznymi, 

przede wszystkim ustawionymi poziomo. Na rys. 1 przedstawiono fragment instalacji 

z otwartym kanałem transportowym. Wewnątrz widoczne jest osadzenie się znacznej 

części materiału, co powoduje utrudnienia i zakłócenia w prawidłowym prowadzeniu 

procesu. Równie dużym problemem jest zużycie erozyjne pewnych elementów instalacji, 

najczęściej znajdujących się w kolanach i innych elementach, gdzie mieszanka gaz-cząstki 

stałe zmienia kierunek przepływu. 

20

Rozdział 3: Zagadnienia związane z procesem transportu pneumatycznego w przemyśle cementowym 

Rys. 1. Widok kanału poziomego transportującego mączkę surowcową 

Rys. 2. Fragment instalacji z kilkoma warstwami ścianki zewnętrznej 

Na rys. 2 przedstawiono fragment instalacji, na którym widać kilka warstw nałożonych 

na siebie podczas doraźnych przeglądów. Element znajdujący się po zewnętrznej części 

kolana poddany jest dość dużemu działaniu erozji, zmniejsza się jego grubość. Aby 

instalacja mogła pracować w sposób prawidłowy, dokłada się kolejną warstwę materiału 

poprzez dospawanie fragmentu blachy. Oczywiście tego typu działania mają charakter 

doraźny, podczas planowanego dłuższego remontu tego typu element jest wymieniany 

na nowy. 

Jednym z elementów stanowiska do przygotowywania mączki surowcowej jest 

separator, którego zadaniem jest oddzielenie poszczególnych frakcji pyłu od siebie. 

21


W pierwszej części występuje separator statyczny, gdzie największe cząstki są zawracane, 

natomiast pozostałe frakcje unoszone są dalej. Następnie mączka surowcowa dostaje 

się do separatora obrotowego, wewnątrz którego znajduje się wirnik z łopatkami. 

Odpowiednie ustawienie obrotów wirnika i talerza pozwala na regulację pracy, dzięki 

czemu odpowiednie frakcje cząstek mogą być wychwytywane lub przepuszczane do 

dalszego etapu produkcji. Cząsteczki znajdujące się wewnątrz separatora poddawane 

są różnym obciążeniom związanym z działaniem następujących sił: aerodynamicznej, 

bezwładności, odśrodkowej. Dodatkowo występują zderzenia cząstek ze ściankami 

wirnika, jak również zderzenia między cząsteczkami. Na rys. 3 przedstawiono widok 

górnej części separatora, w której umiejscowiony jest talerz rozprowadzający surowiec 

za pomocą siły odśrodkowej. 

Rys. 3. Widok talerza rozprowadzającego surowiec w separatorze obrotowym 

22


Rys. 4 przedstawia fragment głównej części separatora z widocznymi łopatkami wirnika 

i łopatkami, którymi wprowadzane jest powietrze jako dodatkowa siła aerodynamiczna. 

Wirnik może obracać się z różną prędkością, jeśli chodzi o ustawienie łopatek powietrznych, 

to są one umocowane na stałe, istnieje natomiast możliwość regulacji prędkości powietrza, 

poprzez odpowiednie dobranie wielkości strumienia podawanego powietrza. 

Rys. 4. Widok wnętrza separatora obrotowego 

Mączka surowcowa opuszczająca separator transportowana jest do wymiennika ciepła, 

gdzie następuje wstępne podgrzanie materiału. Wymiennik składa się z kilku zbiorników, 

gdzie mączka siłą grawitacji przenoszona jest w coraz niżej ustawione cyklony, a ogrzane 

powietrze unoszone jest przeciwprądowo od strony pieca. 

23


III. WYPALANIE W PIECU OBROTOWYM 

Kolejnym etapem w produkcji cementu jest wypalanie klinkieru w piecu obrotowym. 

W cementowniach piec ten może mieć różną długość, w zależności od mocy produkcyjnych. 

Konstrukcja pieca, który jest ustawiony pod kątem, poprzez ruch obrotowy, mieszanka 

przesuwa się w dół pieca, docierając do obszarów z coraz wyższą temperaturą. 

Przeciwprądowo, podawany jest pył węglowy, który stanowi główne źródło ciepła 

wewnątrz komory pieca. Gorący klinkier następnie jest odbierany za pomocą przenośnika 

zgrzebłowego i przenoszony na składowisko. 

Na tym etapie produkcyjnym spaliny, powstające podczas procesu wypalania klinkieru 

transportowane są do elektrofiltra, gdzie następuje proces oczyszczania ich z części stałych. 

Ze względu na charakter przepływu, część drobnych cząstek przebywających w piecu 

unoszona jest razem ze spalinami, dlatego też istotnym elementem jest wyeliminowanie 

szkodliwego wpływu na środowisko. Kanały transportujące spaliny mają kształt 

prostokątny, a ich rozmiary są tak duże, że podczas przerwy remontowej dorosła osoba 

może swobodnie wejść do takiego kanału. Na rys. 5 przedstawiono widok elektrofiltra 

wraz z fragmentem kanału spalinowego. Po wyjściu z elektrofiltra oczyszczone spaliny 

transportowane są za pomocą dwóch sekcji wentylatorowych do komina. 

Rys. 5. Widok kanałów spalinowych wraz z elektrofiltrem 

24


IV. 

MŁYNY CEMENTU 

Transport pneumatyczny wykorzystywany jest również w kolejnych etapach produkcji 

cementu, przede wszystkim w młynach cementowych, jak również w suszarniach żużla. 

Jeśli chodzi o etap polegający na mieleniu półproduktów i tworzeniu gotowego cementu, 

to sam proces zasilania młyna przebiega w sposób następujący: ze zbiorników klinkieru, 

żużla, gipsu poprzez przenośnik taśmowy półprodukty grawitacyjnie wprowadzane są do 

młyna cementu. Przenośniki te pełnią jednocześnie rolę wagi, aby możliwa była kontrola 

ilości wprowadzanego materiału do młyna. 

Na rys. 6 przedstawiono jeden z przenośników taśmowych dostarczających półprodukty 

do młyna. Podczas procesu dodawania półproduktów do komory młyna istotne jest 

zachowanie w miarę stałego składu mieszanki. Dodatkowo w celu ulepszenia procesu 

mielenia stosuje się dodatek w postaci specjalnego płynu glikolowego, dodawanego na 

taśmie razem z jednym ze składników mieszanki. Mogą się tu również pojawiać większe 

elementy, które mogą wpłynąć niekorzystnie na proces mielenia i mogą powodować 

szybsze zużycie elementów młyna. Dlatego też bardzo ważnym elementem na tym etapie 

produkcji jest stała kontrola, jakie elementy dostarczane są do młyna. 

Rys. 6. Przenośnik taśmowy zasilający młyn cementowy 

Młyn cementu podzielony jest na dwie lub trzy sekcje, w każdej z nich przebiega 

proces mielenia, coraz drobniejsze cząstki przenoszone są do następnej sekcji, a po 

uzyskaniu odpowiednich rozmiarów unoszone są razem z powietrzem do dalszego etapu, 

tzn. do silosów cementu. Na tym etapie ważnym elementem jest uzyskanie odpowiedniej 

granulacji gotowego produktu, dlatego też obsługa dokonuje cyklicznych pomiarów 

poprzez pobór próbek i ich dalszą analizę w laboratorium. 

Cement jako gotowy produkt transportowany jest do zbiorników, również na tym etapie 

transport pneumatyczny odgrywa bardzo ważną rolę. Istotne jest również to, iż pył cementowy 

zachowuje się inaczej niż półprodukt, elementy mogą ulegać szybszemu zużyciu. 

25


Na rys. 7 przedstawiono fragment instalacji po wyjściu z młyna cementowego, 

w ściance pojawiła się szczelina, poprzez którą pył przedostaje się na zewnątrz. Poniżej 

widać usypaną warstwę cementu. Tego typu uszkodzenia najczęściej naprawia się w sposób 

ciągły bez konieczności zatrzymywania procesu produkcyjnego. Na tym zdjęciu widać już 

dospawaną jedną warstwę blachy, oznacza to, iż ten element jest szczególnie narażony na 

szybkie zużycie, przy okazji kolejnego remontu dobrze byłoby pomyśleć nad gruntowną 

przebudową tego elementu, lub też lepszym zabezpieczeniem przed zużyciem. 

Rys. 7. Nieszczelność w kanale po wyjściu z młyna cementu 

Na rys. 8 przedstawiono fragment instalacji transportu pneumatycznego znajdujący się 

nad silosami cementu, natomiast rys. 9 przedstawia wnętrze jednego z kanałów. 

Rys. 8. Przewody transportujące cement do zbiorników 

26


Rys. 9. Wnętrze jednego z kanałów transportujących cement do zbiorników 

Jak widać na zdjęciu (rys. 9) w dolnej części kanału znajduje się dość duża warstwa 

osadzonego cementu, warstwa tworzy się tuż za kolanem poziomym, podczas normalnej 

pracy wentylatorów zmniejszenie przekroju poprzecznego powoduje zmniejszenie 

możliwości transportowych. Aby zachować podobne warunki jak założone w projekcie, 

należałoby zwiększyć wentylację, co wiąże się z większym zużyciem energii. Bardzo 

ważne jest również odpowiednie prowadzenie procesu, tzn. na początku uruchamiane są 

wentylatory, następuje proces przedmuchiwania instalacji, następnie otwiera się zawory 

w zbiornikach cementowych dostarczając pył cementowy do kanału. 

V. PODSUMOWANIE 

Podczas procesu produkcji cementu transport pneumatyczny odgrywa bardzo ważną 

rolę. Możliwości zastosowania innowacyjnych rozwiązań są dość ograniczone z uwagi na 

niejednorodność warunków przepływowych, a także z uwagi na rodzaj transportowanego 

materiału. Istnieją pewne możliwości usprawnienia procesu produkcyjnego, jednakże 

wymaga to bardziej szczegółowych analiz przeprowadzonych na wybranych fragmentach 

instalacji, jak również skoordynowania działań związanych z zachowaniem ciągłości 

procesu produkcyjnego oraz z planowanymi przerwami remontowymi. 

Aby takie zmiany mogły być wprowadzone, dobrze jest przeprowadzić symulację 

zachowania się mieszanki gaz – cząstki stałe za pomocą specjalnego oprogramowania 

komputerowego. Przeprowadzenie takich badań wiąże się z założeniem pewnych warunków 

brzegowych opisujących przebieg procesu, a także w miarę dokładne odwzorowanie 

geometrii układu transportowego. O ile geometria układu jest możliwa do odwzorowania, 

o tyle założenie odpowiednich parametrów przepływowych jest związane z rodzajem 

transportowanej mieszanki. 

27


W związku z tym istotnym elementem jest odpowiednia koordynacja zaplanowanych 

działań, uproszczenie w miarę możliwości ilości analizowanych elementów, jak i również 

ciągłe doskonalenie procesu produkcyjnego, aby warunki panujące w całej instalacji 

transportu pneumatycznego były w miarę jednakowe dla każdego z tych elementów. 

LITERATURA 

www.polskicement.com.pl 

28

Rozdział 

Grzegorz Nowosielski 

Politechnika Opolska, ul. S. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole 

e-mail: g.nowosielski@po.opole.pl 

Problemy eksploatacyjne separatora 

młyna cementu 

STRESZCZENIE: 

W artykule omówiono budowę separatora pyłu cementowego, wnioski z jego 

eksploatacji oraz wstępne założenia do badań numerycznych zjawisk przepływowych 

w separatorze. 

ABSTRACT: 

The article describes the construction of cement dust separator, the conclusions of its 

operation and the preliminary assumptions for the numerical study of flow phenomena 

inside separator. 

I. WSTĘP 

Przy produkcji cementu stosowany jest transport pneumatyczny. Wynika to z właściwości 

pyłu i ochrony otoczenia przed zapyleniem. W zależności od koncentracji pyłu i jego 

prędkości stosuje się przenośniki ślimakowe, rynny aeracyjne i rurociągi. Szczególnym 

miejscem, jest separator pyłu cementowego w zamkniętym układzie młyna cementu (rys.1). 

Podczas transportu pneumatycznego występują zjawiska segregacji i osiadania pyłu, 

jednak w przypadku separatora wymagane jest, zintensyfikowanie tych procesów w celu 

rozdziału pyłu na grube i drobne frakcje. Rolę intensyfikatora procesów separacji pełni 

ruchomy wirnik. W pracy omówiono separator obrotowy w układzie zamkniętym. 

29


II. SEPARATOR 

Rys. 1. Młyn cementu 

Separator (rys.2) składa się z części stałych (kierownice) i ruchomych (wirnik, talerz). 

Powietrze do separatora doprowadzane jest czterema kanałami, z których każdy rozdziela 

się na 9 mniejszych. Kanały zakończone są kierownicami z pierścieni wbudowanych 

w konstrukcje płaszcza separatora. Ukierunkowane do dołu strumienie powietrza wpływają 

do przestrzeni, w której następuje rozdział pyłu cementowego. 

Konstrukcja wlotów sprawia, że powietrze wprawiane jest w ruch wirowy skierowany 

do dołu poprzez 144 wloty równomiernie rozłożone po całym obwodzie płaszcza separatora. 

Układ taki zapewnia wysoką skuteczność rozdziału mieszaniny pyłowo-powietrznej 

w równomiernych warunkach w całej przestrzeni roboczej. 

Szczegóły konstrukcji kanałów powietrza przedstawiono na rys. 3, natomiast rys. 4 

przedstawia pojedynczy kanał zakończony kierownicami. 

Wewnętrzną, aktywną część separatora, stanowi zabudowany płaskimi łopatkami 

wirnik z talerzem zrzutowym pyłu u góry. Wirnik porusza się zgodnie z kierunkiem ruchu 

wirowego wytwarzanego przez kanały powietrzne. Pył zsypywany na talerz obrotowy 

dostaje się do przestrzeni pomiędzy wirnikiem, a płaszczem (rys. 5). Najdrobniejsze 

cząstki dostają się do wnętrza wirnika i dolnym kanałem odbiorczym kierowane są do 

dwóch cyklonów, gdzie następuje koncentracja gotowej mieszanki pyłu cementowego. 

Pozostała część pyłu, koncentruje się w dolnych rynnach aeracyjnych i transportowana 

jest do młyna. 

30

Rozdział 4: Problemy eksploatacyjne separatora młyna cementu 

Rys. 2. Separator 

Rys. 3. Właz inspekcyjny do wnętrza separatora 

31


Rys. 4. Kierownice kanałów dolotowych powietrza 

Rys. 5. Przestrzeń separacji pyłu 

32

Rozdział 4: Problemy eksploatacyjne separatora młyna cementu 

III. WNIOSKI Z EKSPLOATACJI 

Obserwacje zużycia elementów, w wyniku wycierania materiału konstrukcyjnego 

separatora przez pył cementowy, dostarczają pośrednich informacji o tym w jaki sposób 

przebiega proces rozdzielania pyłu. Na rys. 6. przedstawiono wirnik separatora przeznaczony 

do regeneracji. Szczególnie silnej erozji uległa dolna część wirnika, co wskazuje na dużą 

koncentrację pyłu w strefie odbioru pyłu rynnami aeracyjnymi zbierającymi grube frakcje 

do młyna. Na powierzchni natarcia łopatek wirnika (rys. 7) wyraźnie widoczne są dwie 

strefy. Po zewnętrznej stronie powierzchni łopatek przylegają osady pyłu cementowego, 

natomiast po stronie wewnętrznej występuje strefa wycierania. Po przeciwległej stronie 

łopatki występuje jedynie osadzanie się cementu. 

Rys. 6. Wirnik separatora (do regeneracji) 

Rys. 7. Erozja łopatek wirnika 

33


Ubytki materiału w dolnej części wirnika wskazują na nadmierne gromadzenie się pyłu 

w separatorze. Koncentracja ta, działa niekorzystnie na wirnik i przyspiesza jego zużycie. 

Do przeprowadzenia korekty prędkości obrotowej wirnika spełniającej jednocześnie 

warunek jakości drobnej frakcji i zapewnienia właściwej prędkości unoszenia w dolnej 

części separatora może być wymagane również dostosowanie strumienia powietrza 

doprowadzanego do separatora. 

Obserwacja pracy całego układu separatora oraz śladów erozji i osadzania się cementu, 

wskazują na zasadność przeprowadzenia badań numerycznych, w celu poznania zjawisk 

przepływowych w separatorze. Badania numeryczne mogą ponadto dać odpowiedź na 

pytanie, czy wprowadzenie regulacji strumienia powietrza ma wpływ na energochłonność 

całego układu. Proces separacji jest energochłonny. W układzie separatora obrotowego 

pracują cztery główne silniki oraz kilka mniejszych pomocniczych (do zasilania rynien 

aeracyjnych w powietrze, do napędu ślimaków i podajników celkowych). Dwa silniki 

napędzają wentylatory odbierające powietrze z cyklonów i transportujące je do płaszcza 

separatora. Kolejne dwa, służą do napędu wirnika i talerza. 

IV. PODSUMOWANIE 

Regulację parametrów pracy (ilości grubej frakcji pyłu zawracanej do młyna), dokonuje 

się jedynie sterując obrotami wirnika w separatorze. Na separację pyłu wpływają również 

strumienie powietrza kierowanego do płaszcza separatora, jednak układ w chwili obecnej 

nie posiada możliwości regulacji obrotów wirników wentylatorów. Badania numeryczne 

pozwolą na stwierdzenie, czy korzystne będzie wprowadzenie regulacji strumienia 

powietrza. 

Głównym celem badań numerycznych jest poznanie charakteru przepływu mieszaniny 

pyłowo-powietrznej przez układ separatora. Występowanie dwóch stref na łopatkach 

wirnika wskazuje, iż zasadnym byłoby zbadanie wpływu kąta ustawienia łopatek oraz 

zmiany kształtu łopatki (np. zastosowanie dwóch płaszczyzn). Modelowanie warunków 

panujących w separatorze wymagać będzie skonstruowania modelu pełnej przestrzeni 

zajmowanej przez mieszankę pyłowo-powietrzną, ze względu na złożoność pola prędkości 

wewnątrz separatora. 

34

Rozdział 

Małgorzata Płaczek 


e-mail: m.placzek@po.opole.pl 

Anna Zawadzka 

NUTRICIA Zakłady Produkcyjne Sp. z o.o., ul. Marka 

z Jemielnicy 1, 45-952 Opole 

e-mail: Anna.Zawadzka@nutriciazp.pl 

Walidacja procesu mieszania 

STRESZCZENIE: 

W artykule opisano podstawowe założenia dotyczące przeprowadzenia walidacji mieszania 

w procesie technologicznym wytwarzania produktów spożywczych przeznaczonych dla 

dzieci. Walidacja stanowi narzędzie pozwalające na ocenę zdolności rozpatrywanego procesu 

do spełnienia założonych kryteriów w sposób powtarzalny, co umożliwia wytworzenie 

produktu spożywczego, który spełnia z góry ustalone wymagania specyfikacji. 

ABSTRACT: 

In this article the fundamental assumptions concerning to realize of validation process 

of mixing in technological process of children’s food production were described. Process 

validation is demanded as the means of ensuring and providing documentary evidence that 

processes are capable of consistency producing a final product of the required quality. 

I. WPROWADZENIE 

Ciągłe doskonalenie procesów technologicznych i produktów, stanowi podstawowe 

kryterium dynamicznego rozwoju i konkurencyjności nowoczesnego przedsiębiorstwa 

produkcyjnego. Rzetelna wiedza na temat poszczególnych etapów procesu wytwórczego, 

zmienności warunków procesowych i ich wpływu na jakość i właściwości produktu, staje 

się nieodzownym warunkiem jego udoskonalenia, a tym samym wyrobu finalnego. 

Wysokie i stale rosnące oczekiwania rodziców w stosunku do producentów żywności 

dla najmłodszych, wynikające m.in. ze wzrostu świadomości społeczeństwa o kluczowej 

roli diety w rozwoju dziecka, sprawiają, że przed zakładami tej branży stają nowe wyzwania 

nie tylko odnośnie wdrażanych nowych wartościowych pod względem odżywczym 

produktów, ale także zapewnienia ich najwyższej jakości i bezpieczeństwa. 

35


Przeprowadzenie niejednokrotnie kosztownych i czasochłonnych badań, często 

w warunkach rutynowej produkcji, wymagających zaangażowania dodatkowego personelu, 

staje się najwłaściwszą drogą zdobycia wiarygodnych danych o procesie i właściwościach 

produktu na poszczególnych etapach jego produkcji, a tym samym pozwala wyróżnić się 

przedsiębiorstwu na rynku, m.in. dzięki weryfikacji zdolności procesów produkcyjnych 

do spełniania wymagań stawianych przez klientów. Walidacja procesów technologicznych 

jest więc narzędziem gromadzenia rzetelnych danych, które poddane statystycznym 

metodom analizy, mogą przyczynić się do poprawy wydajności procesu, jakości produktu 

oraz wyniku finansowego przedsiębiorstwa [1-4]. 

II. ZAŁOŻENIA WALIDACJI PROCESU MIESZANIA 

Walidacja procesu mieszania produktu w kotłach produkcyjnych, realizowana na 

Wydziale Bobo Vita Zakładów Produkcyjnych NUTRICIA Sp. z o.o. w Opolu, ma na 

celu dostarczenie udokumentowanych dowodów na to, że proces przeprowadzony jest 

w ustalonym zakresie parametrów, przebiega skutecznie i w sposób powtarzalny oraz 

umożliwia wytworzenie produktu spożywczego, który spełnia z góry ustalone wymagania 

specyfikacji. 

Przeprowadzono walidację procesu mieszania podczas rutynowej produkcji, tzw. 

walidację równoczesną obejmującą łącznie 11 receptur. Wytypowane do analizy w procesie 

walidacji wyroby, to receptury warzywno-mięsne z cząstkami warzyw i dodatkami 

(makaron, ryż) oraz receptury homogeniczne. 

Przyjęto walidację procesów technologicznych mieszania prowadzić z uwzględnieniem: 

1. analizy krytyczności procesu, 

2. analizy założeń procesu, 

3. analizy stabilności procesu, 

4. analizy zdolności procesu, 

przy założeniu, że każdy z kolejno następujących po sobie etapów kończy się pomyślnie, 

co zgodnie z [1-3], umożliwi w kolejnych krokach przeprowadzenie analizy statystycznej 

zgromadzonych danych. 

Analiza krytyczności procesu polegała na wskazaniu poszczególnych etapów 

realizowanego procesu technologicznego, które mają potencjalnie największy wpływ 

na jakość otrzymywanego produktu spożywczego. Polegała ona na zbudowaniu modelu 

podstawowych zależności pomiędzy zmiennymi procesu (parametry wejściowe) 

a odpowiedzią procesu (parametry wyjściowe) oraz określeniu optymalnych wartości 

nominalnych i dozwolonego zakresu tolerancji dla tych parametrów. Analiza ta, może 

być zilustrowana za pomocą prostych narzędzi graficznych, np. schematu blokowego - 

rys. 1. 

36

Rozdział 5: Walidacja procesu mieszania 

Rys. 1. Schemat blokowy procesu wytwarzania obiadków dla dzieci 

Jak wynika ze schematu przedstawionego na rys. 1, na proces wytwarzania obiadków dla 

dzieci, składają się takie operacje jak: naważenie surowców (mięso, warzywa, przyprawy), 

odmierzanie ilości składników ciekłych (olej, woda, koncentraty), miksowanie ciekłych 

surowców ze składnikami stałymi, mieszanie i gotowanie w kotle, a w ostatnim etapie 

dozowanie gotowego wyrobu do słoiczków. 

Proces mieszania przeprowadzany był każdorazowo w jednym z kotłów produkcyjnych 

o pojemności 3000 dm 3 każdy i miał zapewnić ujednolicenie składu mieszanki w całej 

objętości zbiornika, a także uzyskać jej jednorodny skład podczas przetłaczania do stacji 

dozowania. W kotłach zastosowano horyzontalny (bębnowy) system mieszania. Na 

poziomym wale współosiowo umieszczone zostały: mieszadło łopatkowe oraz ślizgowo 

rama zgarniacza. Mieszadło oraz zgarniacz, choć umieszczone na tym samym wale 

posiadają niezależne napędy, dzięki którym mieszadło obraca się w kierunku przeciwnym 

do kierunku obrotu zgarniacza. W dnie zbiornika kotła zamontowano 3 dysze wtrysku 

pary, dzięki którym realizowany jest proces gotowania. Pomiar temperatury procesu 

realizowany jest w sposób ciągły za pomocą rezystancyjnego czujnika temperatury Pt100. 

Schemat kotła wraz z systemem mieszającym przedstawiono na rys. 2. 

37


Rys. 2. Schemat kotła z systemem mieszającym[5] 

Produkt spożywczy otrzymywany w procesie mieszania i gotowania w kotle, musi być 

zgodny, pod względem jednorodności składu oraz zawartości składników takich jak makaron, 

ryż, tłuszcz, białko, z wartościami określonymi w specyfikacji danego produktu. 

Operacjami krytycznymi w rozpatrywanym procesie jest mieszanie i dozowanie mieszaniny. 

Biorąc jednak pod uwagę kryterium zawartości tłuszczu w produkcie końcowym, krytyczną 

operacją dla analizowanego procesu wydaje się być również operacja dozowania substancji 

oleistych do miksera. W przypadku produktów niehomogenicznych celem realizowanej 

w kotle operacji mieszania składników wejściowych (substratów) jest otrzymanie 

jednorodnej pod względem składu mieszaniny wyjściowej z równomiernym rozkładem 

cząstek stałych w zawiesinie, natomiast w przypadku produktów homogenicznych 

o stopniu ich homogeniczności decyduje przede wszystkim homogenizator ciśnieniowy 

umiejscowiony przed stacją dozowania. Jednorodność mieszaniny w słoiczku w głównej 

mierze zależy od stopnia jej ujednolicenia zachodzącego w kotle. Z kolei na jednorodność 

mieszaniny znajdującej się w kotle wpływają takie zmienne procesowe jak: kolejność 

załadunku surowców (np. zbyt wczesne dozowanie makaronu do kotła może powodować 

38


jego aglomerację i tworzenie zlepów), czas przebywania w kotle, temperatura procesu, 

częstość obrotów mieszadła. Wśród czynników wpływających na zachowanie jednorodności 

składu masy podczas jej dozowania do słoiczków, można wymienić przede wszystkim 

jej gęstość, wielkość cząstek, obecność konglomeratów tych cząstek w wytworzonym 

produkcie (zatykanie się dysz dozówki). 

Analiza założeń procesu polegała na weryfikacji założeń, jakim powinny podlegać 

zbiory danych gromadzone dla poszczególnych parametrów wyjściowych. Podstawowe 

założenie, które sprawdzono, to takie czy dane generowane przez proces podlegają 

rozkładowi normalnemu o wartości oczekiwanej µ i odchyleniu standardowemu σ. 

Założono, że zarówno µ jak i σ są stałe, lecz nieznane [3]. Najlepszym sposobem 

przybliżenia wartości µ okazała się średnia definiowana zależnością 

. 

1 n 

x = ∑ x i 

(1) 

n i= 

1 

Analiza stabilności procesu polegała na sprawdzeniu czy proces produkcyjny jest 

stabilny, poprzez ocenę parametrów odpowiedzi procesu µ i σ. W analizie tej posłużono 

się kartą kontrolną, czyli wykresem przebiegu zmian parametru z naniesioną wartością 

średnią oraz liniami kontrolnymi. Linie kontrolne dobierano w taki sposób, aby pomiędzy 

nimi zawierały się „prawie wszystkie” pomiary w przypadku, gdy proces jest stabilny. 

Analiza takiej karty pozwala zidentyfikować, który z parametrów procesu technologicznego 

nie jest stały w czasie. 

Analizę zdolności procesu przeprowadzano w przypadku, gdy badany parametr procesu 

technologicznego spełniał takie założenia jak normalność rozkładu, brak autokorelacji, stabilność 

w czasie. Wówczas to poddawano go weryfikacji na ile mieści się w zadanych granicach tolerancji 

parametru, która wyznaczana była górną granicą specyfikacji (USL- Upper Specyfication Limit) 

i dolną granicą specyfikacji (LSL- Lower Specyfication Limit). Zdolność procesu w tym 

przypadku rozumiana była jako możliwość spełnienia przez parametr procesu założeń 

narzuconych przez specyfikację. 

39


III. PLAN WALIDACJI 

Przed przystąpieniem do walidacji procesu mieszania w kotłach produkcyjnych 

opracowano plan jej realizacji. W planie tym, określono szczegółowo cel każdego 

zaplanowanego testu, sposób pobierania oraz warunki przechowywania próbek materiału 

przeznaczonego do badań, zakres obowiązków i odpowiedzialności osób zaangażowanych 

w prace walidacyjne. Sprecyzowano także kryteria akceptacji dla analizowanych produktów 

oraz określono sposób rejestracji i przechowywania danych pomiarowych. 

Zgodnie z przyjętym planem walidacji procesu wytwarzania obiadków dla dzieci, badania 

i analizy dotyczyły m.in. określenia: 

a) zawartości suchej masy w mieszance w kotle i słoiczku, 

b) jednorodności produktu w mieszance w kotle i słoiczku, 

c) zawartości tłuszczu i białka w wytworzonym produkcie (słoiczku). 

Analiza danych zgromadzonych podczas badań pozwalała stwierdzić, czy otrzymany 

w procesie technologicznym produkt jest zgodny ze specyfikacją, tzn. czy występują 

różnice w zawartości suchej masy w mieszaninie w kotle i w produkcie finalnym, a także 

czy poddany analizie produkt jest w wymaganym stopniu jednorodny, czy występują 

nieprawidłowości w jednorodności produktu w postaci aglomeracji cząstek stałych takich 

jak makaron czy ryż. Ponadto analiza danych pozwoliła stwierdzić, czy występują różnice 

w zawartości białka i tłuszczu w produkcie gotowym, a także wskazać na przyczyny 

ewentualnych różnic w jego składzie. 

Opracowany plan walidacji mieszania obejmował swym zakresem również 

przeprowadzenie analizy równoważności między seriami produkcyjnymi dla danego rodzaju 

produktu (receptury). W analizie tej zostały porównane wyniki oznaczeń odnoszące się 

do jednorodności mieszaniny, zawartość suchej masy, tłuszczu oraz białka wykonane dla 

tych samych produktów w 3 kolejnych seriach produkcyjnych. Analiza zgromadzonych 

danych pozwalała stwierdzić, czy proces produkcyjny zachowuje się odpowiednio nie 

tylko wewnątrz pojedynczej, ale w każdej analizowanej serii produkcyjnej. W procesie 

walidacji przyjęto następujące definicje porcji i serii produkcyjnej: 

porcja - ilość produktu jednorazowo wytworzona w danym kotle w trakcie trwania 

określonej serii produkcyjnej, 

seria produkcyjna - okres pomiędzy rozpoczęciem, a zakończeniem wytwarzania produktu, 

ograniczony do planu produkcyjnego na dany dzień. 

W opracowanym planie walidacji pobór próbek dotyczył mieszanki znajdującej się 

w kotle (I etap) oraz mieszanki zadozowanej do słoiczków (II etap). Plan próbkowania 

zakładał, że próbka materiału pobranego do badań z kotła musi być próbką reprezentatywną 

i losową mieszaniny, tzn. powinna stanowić najmniejszą możliwą jednostkę objętości 

zawierającą wszystkie składniki mieszanki w odpowiednich proporcjach, umożliwiającą 

wykonanie pożądanych oznaczeń. Próbka ta nie mogła w znaczący sposób obniżać 

masy mieszaniny w kotle, a jej pobór nie mógł powodować przestojów w produkcji. 

Z pobranej próbki z kotła, każdorazowo dla produktów niehomogenicznych wykonywano 

oznaczenia: suchej masy, ilości cząstek w mieszaninie, a także wyznaczano rozpływalność. 

40


Z próbek pobranych ze słoiczków przyjęto określać, oprócz oznaczenia suchej masy oraz 

ilości cząstek w produkcie, także zawartość tłuszczu i białka. W przypadku produktów 

homogenicznych dla mieszanki pobranej z kotła, oznaczano suchą masę oraz rozpływalność, 

natomiast dla próbek pobranych ze słoiczków przyjęto oznaczać zawartość tłuszczu, 

białka i suchą masę. 

Pobór próbki mieszaniny z kotła (I etap) każdorazowo następował po rozpoczęciu procesu 

gotowania dla 5 kolejnych porcji produktu. Operator kotła pobierał próbkę przy pomocy 

zasobnika o pojemności ok. 600 ml, przekazując ją do Laboratorium Wydziału Bobo Vita, 

które wykonywało na bieżąco odpowiednie oznaczenia. 

Drugi etap pobierania próbek do badań dotyczył mieszaniny dozowanej do słoiczków, przy 

czym materiał niezbędny do badań stanowił łącznie 6 słoiczków, po 2 szt. z początkowego, 

środkowego i końcowego etapu opróżniania kotła ze względu na konieczność wykonania 

oznaczeń na zawartość białka i tłuszczu w odrębnym laboratorium. Przyjęta pełna 

procedura walidacji mieszania w kotłach, przewiduje przeprowadzenie wszystkich ww. 

oznaczeń dla 5 kolejnych porcji z danej serii produkcyjnej, przy czym w celu potwierdzenia 

powtarzalności wyników między poszczególnymi seriami, wszystkie pomiary i oznaczenia 

wykonuje się dla 3 kolejnych serii produkcyjnych danego wyrobu. 

Za wytypowanie wyrobów do badań procesu mieszania w kotłach, nadzór nad 

poprawnym przebiegiem walidacji, analizę jej wyników oraz nadzór nad wprowadzeniem 

działań korygujących odpowiada Technolog Wydziału Bobo Vita. Personel Laboratorium 

na Wydziale Bobo Vita jest odpowiedzialny za pobór próbek, wykonanie oznaczenia 

suchej masy, określenie jednorodności składu mieszanki pobranej z kotła, a także za pobór 

i zabezpieczenie próbek (słoików) do oznaczenia zawartości tłuszczu i białka w gotowym 

produkcie z danej serii produkcyjnej. Za wykonanie analizy zawartości tłuszczu i białka 

w wyrobie gotowym odpowiada personel Laboratorium Kontroli Jakości. 

Proces wytwarzania produktów spożywczych na Wydziale Bobo Vita jest stale 

kontrolowany przez odpowiednie służby kontroli jakości, począwszy od etapu przygotowania 

surowców, poprzez ich zasyp do kotła, aż do etapu wytworzenia produktu finalnego, jego 

pakowania i transportu. Szczegółowe kryteria akceptacji dla analizowanych produktów, 

jako kolejny niezwykle istotny punkt realizacji planu walidacji, zostały sprecyzowane w ich 

specyfikacji i obejmują optymalną zawartość suchej masy, białka i tłuszczu, określony 

stopień jednorodności mieszanki oraz rozpływalność. 

Wyniki z przeprowadzonych badań każdorazowo są zapisywane w Raportach 

Laboratorium na Wydziale Bobo Vita i Laboratorium Kontroli Jakości. Wyniki analiz, 

komentarze dotyczące zaobserwowanych ewentualnych odchyleń od wartości optymalnych 

czy dopuszczalnych, wnioski i zalecenia dotyczące prowadzenia procesu technologicznego 

zostaną ujęte w postaci Raportu końcowego po ostatecznym zakończeniu walidacji. 

Prace walidacyjne rozpoczęte w lipcu 2009 r. są kontynuowane, przewidywany termin 

ich zakończenia to pierwszy kwartał 2010 roku. 

41


IV. PODSUMOWANIE 

W pracy szczegółowo opisano przebieg walidacji procesu mieszania w kotłach 

na Wydziale Bobo Vita Zakładów Produkcyjnych NUTRICIA Sp. z o.o., kluczowego 

producenta żywności dla dzieci. 

W oparciu o wyniki analizy, zgromadzonego do chwili obecnej materiału doświadczalnego, 

można stwierdzić, że realizowany w zakładzie proces wytwarzania żywności jest 

prowadzony zgodnie z obowiązującymi procedurami, skutecznie i pod pełną kontrolą. 

Gwarantuje to otrzymanie produktów najwyższej jakości, zgodnych ze specyfikacją, 

a tym samym bezpiecznych dla konsumentów. 

LITERATURA 

[1] GREBER T.: Statystyczne sterowanie procesami - doskonalenie jakości z pakietem 

STATISTICA, StatSoft Polska, Kraków 2000 

[2] GREBER T.: Statystyczne sterowanie procesami- praktyczne przykłady zastosowania, 

„Zarządzanie Jakością”, StatSoft Polska, Kraków 2005 

[3] IWANIEC M., POPIELUCH M.: Walidacja Procesów Technologicznych. Analiza 

danych produkcyjnych, Świat Przemysłu Farmaceutycznego 2008, nr 3, s. 42-45 

[4] SKOWRONEK M., IWANIEC M.: Metody statystyczne w walidacji procesów 

technologicznych, StatSoft Polska, Kraków 2005 

[5] Materiały własne Zakładów Produkcyjnych NUTRICIA Sp. z o.o. w Opolu 

42

Rozdział 

Robert Bański 


e-mail: r.banski@po.opole.pl 

Badania bimetalu stal austenityczna – tytan 

wyżarzanego w różnych warunkach 

STRESZCZENIE: 

Przedstawiono wyniki badań bimetalu stal austenityczna 304L- tytan TiGr1 uzyskanego 

zgrzewaniem wybuchowym po wyżarzaniu w różnych warunkach. W oparciu o przeprowadzone 

badania oceniono jakość uzyskanego połączenia, a także określono wpływ obróbki cieplnej 

na strukturę i własności złącza stal-tytan oraz strefy przyłączowej. 

ABSTRACT: 

The results of tests of austenitic stainless steel 304L – titanium Ti Gr.1 bimetal, 

manufactured by explosive cladding method, after heat treatment in different conditions 

have been presented. Based on the made tests quality of manufactured bond has been 

evaluated. Moreover the influence of heat treatment for structure and properties of the 

bond steel – titanium and the neer-bond zone has been determined. 


Podstawową technologią wytwarzania platerów tytan-stal, w budowie aparatury 

chemicznej, jest spajanie wybuchowe. Pozwala ono na uzyskiwanie bimetalu o znacznych 

wymiarach, jednakże powoduje istotne zmiany struktury obu łączonych materiałów, 

zarówno w strefie złącza, jak i w materiale nakładanym [1]. Dla likwidacji tych efektów 

zaleca się, w większości przypadków, przeprowadzenie odpowiedniej obróbki cieplnej 

[2], która jednocześnie powoduje zmniejszenie i wyrównanie naprężeń w platerze, 

zmniejszenie umocnienia zgniotowego, a także spadek twardości, która znacząco wzrasta 

w strefie złącza. 

W przypadku bimetalu tytan-stal austenityczna niezwykle istotny jest dobór 

odpowiednich parametrów obróbki cieplnej. Nagrzanie stali do temperatury wyższej 

niż 500 0 C powoduje wydzielenie się węglików chromu w postaci siatki na granicach 

ziarn, dechromizację obszarów przyległych i w efekcie korozje międzykrystaliczną. 

43


Jednocześnie tytan cechuje duża wrażliwość na wysokotemperaturowe utlenianie, czy 

degradację własności związaną z rozpuszczaniem gazów atmosferycznych, jak wodór 

czy azot. Również efekty dyfuzyjne zachodzące na granicy tytan-stal podczas obróbki 

cieplnej lub długotrwałej pracy złącza nie są obojętne dla jego wytrzymałości [3] 

II. BADANIA WŁASNE 

Badaniom poddano plater bimetaliczny uzyskany w wyniku połączenia blachy 

podstawowej – stali kwasoodpornej 304L o grubości 110 mm (tab.1) i blachy nakładanej 

– tytan TiGr1 o grubości 6 mm (tab.2). 

Tabela 1. Skład chemiczny stali 304L 

Skład 

chemiczny 

Stężenie pierwiastków, % 

C Mn Si P S Cr Ni N 

Max 0,03 2,0 1,0 0,045 0,015 18-20 10-12 0,11 

Określony 0,023 1,835 0,454 0,033 0,001 18,613 10 0,0381 

Tabela 2. Skład chemiczny tytanu TiGr1 

Skład 

chemiczny 

Stężenie pierwiastków, % 

Fe O N C H Ti 

Max ≤ 0,20 ≤ 0,18 ≤ 0,03 ≤ 0,1 ≤ 0,01 reszta 

Określony 0,03 0,07 0 0 0,06 reszta 

Z plateru, z naroża znajdującego się naprzeciwko pobudzenia, pobrano płytę testową, 

z której wycięto próbki do badań przed i po obróbce cieplnej. 

Obróbka cieplna była wykonywana w temperaturze 5400 o C (próbka 1) i 6500 o C 

(próbka 2). Czas wytrzymania wynosił 2 godziny, a prędkość nagrzewania i chłodzenia 

900 o C na godzinę. 

W celu określenia wpływu obróbki cieplnej na własności plateru wykonano: 

—— badania właściwości mechanicznych, zgodnie z wymaganiami normy [5]; 

—— badania rozkładu twardości na mikrotwardościomierzu LECO AMH 2000; 

—— badania strukturalne na mikroskopie optycznym OLYMPUS IX 70. 

44

Rozdział 6: Badania bimetalu stal austenityczna – tytan wyżarzanego w różnych warunkach 

III. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA 

W wyniku procesu zgrzewania wybuchowego uzyskano złącze stal 304L – tytan 

TiGr1 o charakterystycznej, falistej budowie (rys.2). 

Rys.2. Struktura złącza stal 304L-tytan TiGr1 

W zawinięciu fali stwierdzono występowanie fazy przetopionej (rys.3a), jednak jej 

ilość jest niewielka. Faza ta, zawiera mikronieciągłości, w postaci pustek oraz pęknięć 

(rys.3b), co w połączeniu z jej wysoką twardością i kruchością może obniżać własności 

wytrzymałościowe złącza. 

a) b) 

Rys.3. Struktura złącza stal 304L-tytan TiGr1. Pow. 150x; 

a) widoczny obszar przetopienia w zawinięciu fali, b) mikronieciągłości w zawinięciu fali 

Wybuchowemu formowaniu złącza stal – tytan towarzyszy znaczne umocnienie, 

zarówno austenitu, stali 304 L jak i tytanu TiGr1. Pomiary twardości dokonane wzdłuż 

linii prostej prostopadłej do linii złącza, przy obciążeniu 100g obejmowały materiał 

podstawowy i nakładany, zarówno górę jak i dno fali. Uzyskane wyniki przedstawiono 

na rysunku 4. 

45


Rys. 4. Rozkład twardości w złączu platerowanym stal 304L-tytan TiGr1 

Umocnienie plateru osiąga maksimum w pobliżu linii złącza i ma odmienny przebieg 

w obu materiałach. Jak widać z rysunku 4, twardość stali austenitycznej w pobliżu złącza 

osiąga 450 HV 0,1 

i szybko maleje do 290 HV 0,1 

w odległości 3 mm. W tej odległości 

następuje stabilizacja twardości, przy czym twardość ta jest wyższa od twardości materiału 

przed platerowaniem, wynoszącej 240HV 0,1 

. W tytanie spadek twardości jest łagodniejszy. 

Twardość przy linii złącza wynosi 245 HV i maleje do 209 HV w odległości 3 mm, jednak 

i w tym przypadku twardość przed wybuchem była zdecydowanie niższa i wynosiła 140 

HV 0,1 

. Obniżenie twardości tytanu tuż przy linii złącza można tłumaczyć oddziaływaniem 

ciepła procesu na tytan, co powoduje jego wyżarzanie. 

Tak duże umocnienie stali w pobliżu linii złącza wynika z makroplastycznego odkształcenia, 

powodującego powstanie falistej powierzchni złącza, odkształcenia mikroplastycznego 

obejmującego całą grubość materiału, a głównie przemian fazowych, w szczególności 

bezdyfuzyjnej przemiany γ→ ε→α, prowadzącej do powstania heksagonalnego martenzytu 

ε i regularnego martenzytu α [4].W miarę oddalania się od granicy złącza, zmniejsza się 

udział martenzytu i w strukturze roztworu γ występują głównie pasma poślizgu i bliźniaki 

odkształcenia (rys.5). 

Dla tytanu o poziomie umocnienia w pobliżu linii złącza decyduje głównie umocnienie 

zgniotowe (rys.6), jednakże i w tytanie zachodzi przemiana martenzytyczna [1]. 

Zastosowanie obróbki cieplnej prowadzi do obniżenia twardości plateru. Wyżarzanie 

w temperaturze 540 0 C powoduje spadek umocnienia stali do 409 HV, w pobliżu linii 

złącza i do 314 HV w odległości 2,5 mm od linii. W tytanie spadek ten wynosi około 50 

HV i praktycznie nie zmienia się wraz ze wzrostem odległości od linii złącza. 

46


Rys.5. Struktura stali 304L umocniona 

zgniotowo; odkształcony austenit 

z wydzieleniami węglików. Pow. 300x 

Rys.6. Struktura odkształconego tytanu α 

w odległości 4 mm od linii złącza. 

Pow. 200x 

Obróbka przeprowadzona w tej temperaturze sprzyja zróżnicowaniu szybkości 

dyfuzji chromu i węgla, co sprawia, że w odkształconym austenicie stali 304L następuje 

wydzielanie węglików na granicach ziarn, granicach bliźniaczych i pasmach poślizgu, 

zmieniając obraz struktury austenitu (rys. 7), powodując zmniejszenie odporności stali 

na korozję międzykrystaliczną. 

Rys.7. Struktura stali 304L po wyżarzaniu 

w 540 0 C poza obszarem silnego umocnienia; 

austenit zgnieciony z wydzieleniami 

węglików na granicach bliźniaczych 

i pasmach poślizgu. 

Pow. 300x 

Rys.7. Struktura stali 304L po wyżarzaniu 

w 540 0 C poza obszarem silnego 

umocnienia; austenit zgnieciony z 

wydzieleniami węglików na granicach 

bliźniaczych i pasmach poślizgu. 

Pow. 300x 

47


W materiale nakładanym, tytanie obserwuje się nadal strukturę charakterystyczną dla 

umocnienia materiału, natomiast w odległości 4 mm od linii złącza strukturę charakterystyczną 

dla procesów rekrystalizacji (rys.8). 

a) b) 

Rys.8. Struktura tytanu po obróbce cieplnej. Pow.750x; 

a) struktura w pobliżu linii złącza, b) struktura w odległości 4 mm od linii złącza 

Podwyższenie temperatury obróbki do 650 0 C nie likwiduje umocnienia, zarówno 

w austenicie jak i w tytanie. Twardość stali 304L w pobliżu linii złącza wynosi 340 HV, 

a w odległości 2,5 mm 280 HV. W tytanie mikrotwardość jest porównywalna z twardością 

uzyskaną po obróbce w niższej temperaturze i waha się od 160-180 HV. 

Obróbka w tej temperaturze powoduje natomiast zmiany struktury plateru. W tytanie 

obserwuje się znaczny rozrost ziaren (rys. 6), natomiast w tej temperaturze szybkość 

dyfuzji chromu jest znacznie większa niż w niższej stosowanej temperaturze (540 o C), 

co hamuje proces wydzielania węglików, dechromizację austenitu i niebezpieczeństwo 

wystąpienia korozji międzykrystalicznej (rys. 7). 

Temperatura obróbki była tak dobrana, by nie doprowadzić do gwałtownego spadku 

własności wytrzymałościowych złącza. 

Przeprowadzone badania wytrzymałości na ścinanie wykazały (tab. 3), że zarówno 

przed obróbką cieplną, jak i po obróbce wytrzymałość ta, znacznie przewyższa wartość 

140 MPa, uznaną przez normę [5] za wartość minimalną. 

Tabela 3. Wyniki badań ścinania i odrywania 

Próbka 

Próba ścinania Rs, MPa 

Próba odrywania Ro, MPa 

Przed obróbką Po obróbce Przed obróbką Po obróbce 

1 416 301,5 309 180,6 

2 380 300 256 149 

Zastosowanie obróbki cieplnej obniża twardość tytanu, tak w strefie przyłączowej, jak 

i w całym jego przekroju. Powoduje jednocześnie znaczące zmniejszenie wytrzymałości na 

ścinanie złącza, oraz pojawienie się zjawiska wydzielenia węglików chromu w materiale 

podstawowym, jako efektów negatywnych. Podsumowując, wyniki badań nie wskazują 

48


jednoznacznie na celowość stosowania tego typu obróbek cieplnych w zastosowaniach 

dla pełno gabarytowych, przemysłowych, platerowanych elementów, jednakże obróbka 

taka może być stosowana celem obniżenia i wyrównania naprężeń w platerze. 

LITERATURA 

[1] KRÓL S., SZULC Z., GAŁKA A.: Platerowanie wybuchowe, jako podstawowa 

technologia wytwarzania materiałów bimetalicznych z tytanem. VIII Ogólnopolskie 

Sympozjum Tytan i jego stopy. Przetwórstwo i zastosowanie w technice, Warszawa 

2005, s.151-8. 

[2] KRÓL S.: Heat treatment of explosively welded bimetallic clad materials, Welding 

International, 12, 5, 1991, s. 944-948. 

[3] KRÓL S.: Mechanizm i kinetyka utleniania tytanu oraz wybranych stopów tytanu. 

Monografia, Wyższa Szkoła Inżynierska w Opolu, z. 82, Opole 1994. 

[4] KRÓL S.: Badanie struktury i opracowanie warunków obróbki cieplnej platerowanego 

wybuchowo złącza typu stal 15HM+1H18N9T. Praca naukowo-badawcza nr NB- 

113/86. 

[5] Norma EN 13445-2 Annex C. 

49

Rozdział 

Mariusz Prażmowski 


e-mail:m.prazmowski@po.opole.pl 

Technologia łączenia materiałów z wykorzystaniem 

energii wybuchu na przykładzie bimetalu Cu-Al 

STRESZCZENIE: 

Celem pracy jest przybliżenie czytelnikowi technologii łączenia materiałów 

z wykorzystaniem energii wybuchu. Technologia ta, jest stosowana przy łączeniu 

metali, dla których tradycyjne techniki spajania nie pozwalają na uzyskanie połączenia 

zadowalającej jakości. W pracy przedstawiono wyniki analizy strefy połączenia bimetalu 

Cu-Al, przeprowadzonej na podstawie obserwacji mikroskopowych oraz pomiaru 

twardości. W wyniku przeprowadzonych badań określono typ połączenia, jego strukturę 

oraz właściwości. 

ABSTRACT: 

The paper presents information on material joining using explosion technology. The 

considered technology is applied while joining of materials which cannot be suitably 

joined with conventional techniques. The paper contains the results of analysis for the 

joining zone for Cu-Al bimetal. The analysis was based on microscopic observation and 

measurements of hardness. The tests allowed to determine a type of joining, its structure 

and properties. 


Obecnie poszukuje się nowych materiałów o dobrych własnościach mechanicznych, 

a jednocześnie zapewniających specjalne właściwości, do których można zaliczyć 

podwyższoną odporność korozyjną, trybologiczną, własności elektryczne lub cieplne, 

odporność na promieniowanie, itp. Często cena tych materiałów znacznie ogranicza 

powszechne ich stosowanie, dlatego też wielu już znanym i stosowanym materiałom 

konstrukcyjnym można nadać lepsze własności mechaniczne i eksploatacyjne poprzez 

wytworzenie na ich bazie materiałów kompozytowych. W wielu przypadkach nie daje 

się uzyskać trwałego połączenia materiałów powszechnie stosowanymi metodami 

51


spajania. W związku z tym od wielu lat do wytwarzania materiałów wielowarstwowych, 

charakteryzujących się wysokimi własnościami fizyko-chemicznymi i użytkowymi, 

stosowana jest metoda zgrzewania wybuchowego. Polega ona na otrzymaniu wytrzymałego 

połączenia dwóch lub większej liczby metali, w wyniku zderzenia się łączonych elementów 

z dużymi prędkościami, uzyskiwanymi na skutek działania wysokiego ciśnienia gazów – 

produktów detonacji materiału wybuchowego. Proces ten zapewnia otrzymanie trwałego 

i ciągłego połączenia o adhezyjnym, mechanicznym oraz dyfuzyjnym charakterze. 

Jednakże połączenie dyfuzyjne jest niekorzystne z punktu widzenia jakości złącza. 

Zgrzewanie wybuchowe zwane również platerowaniem lub spajaniem wybuchowym, 

pozwala łączyć ze sobą materiały niemożliwe, bądź bardzo trudne do połączenia 

tradycyjnymi metodami, takimi jak: spawanie, zgrzewanie, lutowanie lub walcowanie 

pakietowe, itd. Cechą charakterystyczną platerowania wybuchowego jest, występująca 

najczęściej, falista struktura połączenia, stanowiąca wyraz mechanicznego zespolenia 

łączonych metali (rys. 1). 

Rys.1. Złącze bimetalu o charakterystycznym, dla zgrzewania wybuchowego, 

falistym charakterze 

Spajanie wybuchowe wykorzystywane jest na ogół do łączenia elementów płaskich, jak 

blachy i odkuwki, ale można tę metodę stosować również do platerowania wyrobów 

o osiowo symetrycznej geometrii, jak trzpienie, rury, otwory, tuleje, czasze itp. 

Złącze wybuchowe powstaje w wyniku wielu współdziałających ze sobą procesów, 

zachodzących w obszarze zderzenia, zarówno w czasie wybuchu jak i bezpośrednio po nim. 

Najważniejszym z nich jest odkształcenie plastyczne i zbliżenie się łączonych materiałów 

na odległości wyznaczane parametrami ich sieci krystaliczych, oraz towarzyszące zderzaniu 

się łaczonych powierzchni ich smooczyszczanie – wynik nadtapiania przez strumień 

wyciskanego powietrza cienkiego filmu obu materiałów. Istotne są również towarzyszące 

zajwisku samooczyszczania procesy cieplne, działanie naprężęń sprężystych, czy wreszcie 

dla pewnego przedziału parametrów formowanie się falistego złącza mającego istotne 

cechy mechanicznego „makro – połączenia”. Według Walczaka [2] geometryczna oraz 

strukturalna budowa połączeń zgrzanych wybuchowo, zależy przede wszystkim od rodzaju 

zgrzewanych metali i parametrów zgrzewania oraz grubości zgrzewanych elementów, 

geometrii zderzenia, rodzaju podłoża oraz przygotowania powierzchni. 

52

Rozdział 7: Technologia łączenia materiałów z wykorzystaniem energii wybuchu na przykładzie bimetalu 

Ten sam autor wyróżnia trzy podstawowe typy połączeń: 

1. 

2. 

3. 

Połączenia płaskie bez warstwy pośredniej z symetrycznym odkształceniem 

ziarna. 

Połączenia faliste. 

Połączenia z ciągłą warstwą pośrednią. 

W praktyce zgrzewania wybuchowego dąży się do uzyskania połączeń falistych bez 

warstwy pośredniej lub z możliwie minimalną jej zawartością. 

Prace nad metodą zgrzewania wybuchowego metali prowadzone są od szeregu lat 

w wielu ośrodkach na świecie, jednak dotychczas nie wyjaśniono wszystkich zjawisk 

występujących w tym procesie. Tematyka badawcza związana z tymi zagadnienia jest 

realizowana przez kilka ośrodków specjalizujących się w zgrzewaniu wybuchowym. Do 

wiodącej grupy należą firmy DMC (Dynamics Material Corporation) GROUP, Clad Metal 

Division (USA), Nobelclad (Francja), NitroMetal (Szwecja) i DYNAENERGETICS 

(Niemcy) oraz współpracujące z nimi ośrodki badawcze. W Polsce jedyną firmą zajmującą 

się technologią platerowania wybuchowego jest Zakład Technologii Wysokoenergetycznych 

EXPLOMET w Opolu, w której to, autor niniejszej publikacji miał możliwość odbycia stażu. 

W ramach realizowanych zadań autor uczestniczył w pracach związanych z wykonaniem 

układów próbnych spajania wybuchowego bimetali w układzie miedź - aluminium. 

Miedź i prawie wszystkie jej stopy, stosowane są jako materiał nakładany lub podstawowy 

w bimetalach i układach wielowarstwowych, w tym wytwarzanych metodą platerowania 

wybuchowego. Platery tego typu wykorzystywane są w budowie elementów aparatów 

chemicznych, w tym szeroko w elektrochemii, do wytwarzania różnego typu styków 

prądowych w elektroenergetyce i elektrotechnice, jak również stosowane są w metalurgii 

(elektrometalurgii), zarówno do wytwarzania różnego rodzaju połączeń prądowych, jak 

i elementów urządzeń procesowych narażonych na znaczne obciążenia cieplne. Platery 

z miedzią i jej stopami mogą być również stosowane w telekomunikacji oraz w innych 

obszarach techniki, nie do końca jeszcze zidentyfikowanych [3]. Dla układu Cu-Al 

praktycznie nie ma możliwości uzyskania trwałego połączenia konwencjonalnymi 

technikami spajania. Jednakże miedź w postaci czystego metalu bardzo dobrze nadaje 

się do wytwarzania materiałów platerowanych metodą wybuchową, dobrze łącząc się 

z innymi metalami w bardzo szerokim zakresie parametrów. 

W dalszej części pracy zostanie przedstawiona analiza złącza platerowanego wybuchowo 

w zakresie typu oraz jakości połączenia, w tym jego własności mechanicznych. 

53


II. PRZEBIEG BADAŃ I WYNIKI 

MATERIAŁ DO BADAŃ 

Do badań wykorzystano bimetal wykonany z arkuszy blach o wymiarach 300 x 500 

mm z technicznej czystości aluminium w gatunku 1050A (typu A1) o grubości wyjściowej 

23 mm oraz technicznie czystej miedzi E-Cu58 (typu M1E) o grubości 3 mm (rys. 3). 

Proces zgrzewania wybuchowego przeprowadzono w układzie równoległym, dla którego 

schemat przebiegu zderzenia płyt wraz z podstawowymi parametrami przedstawiono 

na rys. 2. 

h 

V b 

Materiał wybuchowy 

V d 

Materiał nakładany Cu 

β V k 

H 

C V c 

Materiał podstawowy Al 

Podłoże 

Rys. 2. Schemat przebiegu zderzenia płyt dla układu równoległego Cu-Al: β – kąt zderzenia, 

V b 

, V c 

– prędkości punktu zderzenia C względem zgrzewanych płyt, V d 

– prędkość detonacji, 

V k 

– prędkość strumienia odwrotnego 

A 

Rys. 3. Zdjęcia makroskopowe z zaznaczonym miejscem pobrania próbek (A) 

Próbki do badań metalograficznych oraz pomiarów twardości o wymiarach 

20x20x26 mm wycinano piłką ręczną z miejsca przedstawionego na rys. 3. Miejsce 

pobrania było zgodne z kierunkiem rozchodzenia się fali, w dużej odległości od miejsca 

pobudzenia (P). 

Tak pobrane próbki szlifowano ręcznie na papierach oraz polerowano mechanicznie. 

Próbki poddano badaniom metalograficznym makroskopowym, mikroskopowym oraz 

wykonano pomiary twardości. Do badań mikroskopowych próbki trawiono dwukrotnie, 

najpierw blachę Cu, a następnie Al, co wiązało się z ich różnym składem chemicznym. 

54


BADANIA METALOGRAFICZNE 

Na jakość oraz własności wytwarzanego bimetalu bardzo duży wpływ ma połączenie 

dwóch materiałów. W celu oceny jakości połączenia obserwowano zgłady metalograficzne na 

mikroskopie optycznym Olympus X70. Na rysunku 4a i 4b przedstawiono strefę połączenia 

materiałów, która charakteryzuje się falą o niewielkich wymiarach i zróżnicowanym 

kształcie, jak również z nieciągłą warstwą pośrednią. To pozwala ją zaklasyfikować do 

typu 2. 

a) 

Cu 

Al 

b) 

Cu 

Al 

c) 

Cu 

Al 

Rys. 4. Obraz złącza: a) próbka nie trawiona, pow. 50x, b) próbka nie trawiona, warstwa 

przetopienia, pow. 200x, c) próbka trawiona, warstwa przetopiona wraz z widocznym 

odkształceniem Cu w strefie złącza, pow. 500x 

55


Takie ukształtowanie złącza – z niewielką, ledwie zauważalną strukturą falistą, może 

świadczyć o zastosowaniu relatywnie niskich parametrów procesu. Bardzo nieznaczny jest 

też udział warstwy pośredniej - przetopień łączonych metali w budowie złącza. Analiza 

tej warstwy, wykonana za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, pozwoliła na 

zidentyfikowanie jej jako fazy międzymetalicznej o składzie CuAl n 

, co szczegółowo opisano 

w pracy [4]. Można również zaobserwować występujące w niej pęknięcia oraz liczne 

pory i zanieczyszczenia co pokazano na rys. 4c. Na obrazie tym możemy obserwować 

zmiany w kształcie ziarna od strony materiału nakładanego. Wyraźnie widać, że geometria 

ich zmienia się od strefy połączenia w kierunku powierzchni. Ziarna miedzi położone 

najbliżej złącza są rozdrobnione i wydłużone w kierunku przebiegu procesu łączenia, co 

może świadczyć o umocnieniu materiału. 

BADANIA TWARDOŚCI W STREFIE ZŁĄCZA 

W celu weryfikacji wcześniejszych przypuszczeń wykonano serię pomiarów twardości 

na mikrotwardościomierzu LECO AMH 2000 metodą Vickersa przy obciążeniu 0,1 

kg, zgodnie z przyjętą matrycą pomiarową jak na rys. 5a. Odległości pomiędzy liniami 

pomiarowymi pionowymi wynosiły 130 μm, natomiast linie pomiarowe poziome oddalone 

były od siebie o 80 μm dla miedzi i odpowiednio 130 μm dla aluminium. Dobór odległości 

był determinowany przez wielkość odcisku, który wynosił około 2 d. Pomiary były 

dokonywane w dwóch płaszczyznach ND-DT – prostopadłej do kierunku rozchodzenia 

się fali oraz ND-EP – równoległej do kierunku fali. 

Uzyskane średnie wyniki przedstawiono w tabeli 1 oraz na wykresie rys. 5b. Prezentowane 

w tabeli wyniki wyraźnie wskazują na umocnienie materiału, szczególnie Cu, w strefie bardzo 

bliskiej granicy materiałów (rys. 5b). Dla płaszczyzny równoległej do kierunku rozchodzenia 

się fali (ND-EP) twardość jest większa w stosunku do twardości mierzonej w płaszczyźnie 

ND-TD, jak również obserwuje się wzrost umocnienia w większej odległości od złącza 

(160–240 μm). 

Tabela 1 Zestawienie wyników pomiaru twardości HV 0,1 

dla płaszczyzny ND-TD i ND-EP 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

ND-TD 116 115 116 119 123 107 48 48 47 47 44 

ND-EP 120 124 122 125 139 77 48 46 46 45 42 

Na zmianę twardości duży wpływ ma rozdrobnienie ziarna w strefie złącza, które 

najprawdopodobniej jest efektem oddziaływania bardzo wysokiego ciśnienia i tak 

zwanym efektem „dogniecenia” materiału podczas procesu zgrzewania wybuchowego. 

Przypuszczenia te, może potwierdzać analiza zmian strukturalnych i teksturowych 

opisana w [5]. 

56


Rys. 5. a) Rozkład punktów pomiaru twardości w strefie połączenia 

Twardość HV 0,1 

140 

130 

120 

110 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

-0,75 -0,25 0,25 0,75 

ND-TD 

ND-EP 

Rys. 5 b) Wykres twardości 

Wyników uzyskanych na linii pomiarowej nr 6 nie brano pod uwagę przy analizie twardości 

ze względu na zbyt duży rozrzut wartości, który wiązał sięz niedokładnością odczytu 

wynikającą z pomiaru w miejscu połączenia materiałów o różnych własnościach. Linię 

tą, traktowano jako linię odniesienia dla pozostałych punktów pomiarowych. Jednakże 

występujące duże wartości (punkt 6 III w pł. ND-TD – 185 HV 0,1 

oraz 6 II w pł. ND- 

EP – 317 HV 0,1 

) w tej strefie pomiarów skłoniły do określenia twardości w warstwie 

pośredniej. Pomiaru dokonano metodą Vickersa przy obciążeniu 0,01 kg w miejscach 

przedstawionych na rys. 6. 

57


Cu 

65 

1 

2 

3 

4 

7 

8 

11 

13 

9 

12 

14 

10 

15 

Al 

Rys. 6. Obraz fazy międzymetalicznej wraz z miejscami pomiaru mikrotwardości, pow. 500x 

Tabela 2 Wyniki pomiaru twardości w strefie pośredniej HV 0,01 

1. 173 HV 0,01 

2. 93 HV 0,01 

3. 629 HV 0,01 

4. 602 HV 0,01 

5. 88 HV 0,01 

6. 207 HV 0,01 

7. 728 HV 0,01 

8. 573 HV 0,01 

9. 165 HV 0,01 

10. 54 HV 0,01 

11. 219 HV 0,01 

12. 462 HV 0,01 

13. 143 HV 0,01 

14. 139 HV 0,01 

15 46 HV 0,01 

Jak wynika z pomiarów twardości w strefie pośredniej, jej wartość jest bardzo 

zróżnicowana i kilkakrotnie większa od średniej twardości w strefie złącza. Taka sytuacja 

w nieznaczny sposób wpływa na jakość złącza, powodując jego lokalną kruchość - skokową 

zmianę własności połączenia w pojedynczych jego obszarach. 

Zaobserwowane w strefie połączenia mikropęknięcia, świadczą o występowaniu, 

w procesie łączenia materiałów, dużych naprężeń. 

58


III. UWAGI KOŃCOWE 

W pracy dokonano analizy strefy złącza bimetalu Cu-Al z wykorzystaniem mikroskopii 

świetlnej oraz pomiaru twardości. Z uzyskanych wyników można wnioskować, że strefa ta 

jest silnie odkształcona w stosunku do struktury pierwotnej materiału, co jest szczególnie 

zauważalne w materiale nakładanym, którym jest miedź. 

Uzyskane, w wyniku przemieszczania się fali detonacji, złącze wykazuje obecność 

strefy pośredniej o charakterze nieciągłym, a przy tym o dużej twardości i kruchości. 

Jednakże powstała strefa, występująca w niewielkiej ilości, nie wpływa w sposób istotny 

na własności wytworzonego bimetalu. 

Analiza wyników pomiaru twardości wykazuje na jej wzrost w najbliższej strefie 

granicy połączenia materiałów, co jest skutkiem działania wysokiego ciśnienia gazów 

powstałych podczas procesu detonacji. 

LITERATURA 

[1] WALCZAK W.: Zgrzewanie wybuchowe metali i jego zastosowanie, Wydawnictwa 

Naukowo-Techniczne, Warszawa 1989. 

[2] DYJA H., MARANDA A., TRĘBIŃSKI J.: Zastosowanie technologii wybuchowych 

w inżynierii materiałowej, Wydawnictwo Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej 

Politechniki Częstochowskiej, Seria Metalurgia nr 20, Częstochowa 2001. 

[3] SZULC Z., GAŁKA A.: Zastosowanie miedzi w elementach platerowanych 

wybuchowo, X Jubileuszowa Naukowo-Techniczna Krajowa Konferencja Spawalnicza 

„Postęp technologiczny, a jakość połączeń spawanych”, Międzyzdroje 31.05-02.06. 

2005, s. 114-124. 

[4] PAUL H., MISZCZYK M., PRAŻMOWSKI M.: Wpływ spajania wybuchowego 

blach z Al i Cu na zmiany w warstwie połączenia, Zeszyty Naukowe Politechniki 

Opolskiej, seria Mechanika z. 95, Opole 2009. 

[5] FU Y-H., CUI J-G., HE J-W.: Interface toughening of Al-Cu laminate composite, 

Materials Science and Engineering A355 (2003), p.1-6. 

59

Rozdział 

Andrzej Bieniek 


e-mail: a.bieniek@po.opole.pl 

Koncepcja sterowania stopniem 

recyrkulacji spalin, a normy emisji 

spalin pojazdów nonroad 

STRESZCZENIE: 

Niniejsze opracowanie przedstawia dopuszczalne limity emisji i cykle testowe 

stosowane w przypadku pojazdów nonroad z silnikiem ZS. Bazując na tych informacjach 

przedstawiono koncepcję układu sterowania recyrkulacją spalin. Zaproponowane 

rozwiązanie koncentruje się na korzystnym cenowo systemie sterowania, wyposażonym 

w czujniki temperatury oraz liniowy zawór EGR z wbudowanym magnetycznym 

czujnikiem indukcyjnym monitorującym stopień otwarcia zaworu, a tym samym na ciągłe 

diagnozowanie pracy zaworu EGR. 

ABSTRACT: 

In this paper nonroad emission limit and test cycles for diesel engines are presented 

and discussed. Based on this information a concept of control sytem of exhaust gas 

recirculation are presented. The propossed solution is focused on low cost complete system 

with temperature sensors and linear EGR valve actuator and included valve position sensor. 

Described control system enable continuous diagnosis of operating of EGR valve. 

61


I. 

WSTĘP 

Rosnące wymagania odnośnie poziomu emisji substancji szkodliwych w pojazdach 

nonroad, wymagają poszukiwania metod ich ograniczenia ze szczególnym uwzględnieniem 

rozwiązań korzystnych pod względem zapewnienia wysokiej niezawodności działania oraz 

niskich kosztów produkcji i eksploatacji. Tym częściowo sprzecznym założeniom trzeba 

sprostać stosując pewien kompromis, uwzględniający z jednej strony uproszczenie układów 

sterujących bazujących na ograniczonej liczbie czujników i elementów wykonawczych, 

a z drugiej, optymalizacji algorytmów sterowania i zastosowania nowoczesnych rozwiązań 

niektórych elementów układu ograniczającego emisję spalin. Korzystne z punktu widzenia 

kosztów eksploatacyjnych wydaje się ograniczenie emisji dzięki zastosowaniu metod 

optymalizujących proces spalania w silniku [5, 6, 7]. Zastosowanie układów ograniczania 

emisji poza silnikiem zazwyczaj staje się nieodzowne w przypadku najnowszych norm 

emisji, jest jednak związane ze znacznym wzrostem kosztów, zarówno eksploatacyjnych 

(potrzeba okresowej wymiany elementów układu, uzupełnienia płynów, zwiększenie 

zużycia paliwa, kosztów obsługi i serwisowania) jak i produkcji (katalizator, filtr cząstek 

stałych, rozbudowanie układu sterującego wyposażonego w większą liczbę czujników 

i aktuatorów). W przypadku pojazdów nonroad normy Tier oraz Euro [2, 6, 8] ograniczają 

dopuszczalną emisję CO, HC, NO x 

oraz cząstek stałych PM. W najnowszych normach 

szczególną uwagę poświęca się redukcji NO x 

oraz cząstek stałych, ograniczając ją 

w kolejnych normach nawet kilkukrotnie. 

II. REGULACJE DOTYCZĄCE EMISJI SPALIN POJAZDÓW 

NONROAD 

Wśród norm emisji spalin dla pojazdów poruszających się głównie poza drogami 

utwardzonymi (nonroad, offroad) w Europie obowiązują normy Euro oparte w znacznej 

mierze na regulacjach zawartych w normach Tier (EPA Nonroad Regulation, 40 CFR 

89; 40 CFR1039; 40 CFR 1068) obowiązujących m.in. w USA. Oprócz tego, nieco 

inne ograniczenia występują w Indiach (normy Bharat), Japonii (MOE, MOC, MOT) 

oraz Rosji [8]. Ograniczenie emisji pojazdów nonroad w Europie opiera się na zapisach 

EU-Nonroad Directive 97/68/EC (2004/26/EC), dodatkowo uzupełnionej w przypadku 

ciągników rolniczych o dyrektywy 2000/25/EC oraz 2005/13/EC [8]. Szczegółowe 

poziomy dopuszczalnej emisji poszczególnych składników spalin i daty wprowadzenia 

regulacji przedstawiono w tabeli 1. 

62

Rozdział 8: Koncepcja sterownia stopniem recyrkulacji spalin, a normy emisji spalin pojazdów nonroad 

Zakres mocy 

P max 

, kW 

Tabela 1. Dopuszczalna emisja pojazdów nonroad wg. EU -97/68/EC [8] 

NO x 

, g/kWh 

NO x 

+NMHC 

HC, g/kWh 

Stage I 

CO, g/kWh PM, g/kWh Data 

37≤P max 


Podczas testu stacjonarnego dokonuje się pomiaru emisji poszczególnych składników 

spalin z odpowiednią wagą przy różnych wartościach obciążenia silnika oraz jego pracy 

na biegu jałowym, przy prędkości znamionowej oraz prędkości pośredniej (wynoszącej 

60% lub 75% prędkości znamionowej) zależnej od położenia maksymalnego momentu 

obrotowego na charakterystyce zewnętrznej silnika [8]. 

Test mode 

B-cycle 

1 

Tabela 2. Przykładowe punkty pomiarowe w teście stacjonarnym ISO 8178[8] 

Prędkość obrotowa 

Obciążenie 

% 

Cykl/waga punktu pomiarowego 

C1 D1 E1 

2 75 0,15 0,5 0,11 

100 0,15 0,3 0,08 

n Pmax 

3 50 0,15 0,2 

4 25 

5 10 0,1 

6 

100 0,1 

7 

pośrednia 

75 0,1 0,19 

8 

0,6 n Pmax 50 0,1 0,32 

9 

(0,75 n Pmax 

) 

25 

10 10 

11 b. jałowy 0 0,15 0,3 

Test NRTC (rys. 1) pozwala na badanie emisji w stanach przejściowych i stosuje 

się głównie do pomiaru emisji cząstek stałych w przypadku norm Euro Stage III B oraz 

Euro Stage IV. Może być również zastosowany do pomiaru emisji substancji gazowych 

w normach Euro Stage IIIA, IIIB oraz IV. 

64


Rys. 1. Cykl niestacjonarny NRTC [2] 

III. EMISJA TLENKÓW AZOTU I CZĄSTEK STAŁYCH PRZY 

ZASTOSOWANIU RECYRKULACJI SPALIN 

Obniżenie emisji tlenków azotu można uzyskać zmniejszając maksymalną temperaturę 

spalania i ograniczając ilość tlenu w ładunku dostarczanym do cylindra. Najprostszą 

i bardzo efektywną metodą jest wprowadzenie z powrotem do cylindra części spalin 

[5, 6]. Obecność spalin w świeżym ładunku cylindra powoduje zwiększenie w nim tlenku 

i dwutlenku węgla oraz pary wodnej. Ze względu na duże wartości ciepła właściwego 

wymienionych składników wzrasta wartość cieplna całego ładunku. Równocześnie spada 

udział tlenu w takiej mieszaninie tym bardziej, im większy jest udział recyrkulowanych 

spalin. W rezultacie występują niższe temperatury spalania i wydłużenie procesu spalania, 

co nie sprzyja tworzeniu się tlenków azotu. Z drugiej strony, obniżenie koncentracji tlenu 

sprzyja powstawaniu cząstek stałych PM [5]. Sterowanie stopniem recyrkulacji spalin 

EGR określonym jako: 

X 

EGR 

m 

= 

m 

EGR 

100% 

jest więc bardzo istotne w celu zachowania korzystnego wskaźnika emisji NO x 

i emisji 

cząstek stałych [4, 7]. 

m 

E = 

m 

EGR 

+ m 

NO 

PM 

x 

p 

(1) 

(2) 

65


Dodatkową poprawę własności emisyjnych można uzyskać przez chłodzenie 

zawracanych do cylindra spalin. Poprawa wyżej przedstawionego wskaźnika emisji 

wymaga stosowania układów zasilania umożliwiających dokładne dawkowanie paliwa 

oraz wtrysk paliwa w kilku fazach. Jak pokazują badania [1, 3], limity emisji wyznaczone 

normą Euro IIIA można uzyskać stosując układy z zaworem EGR typu on-off przy 

uproszczonym sterowaniu. 

IV. KONCEPCJA UKŁADU RECYRKULACJI SPALIN 

Z LINIOWYM ZAWOREM EGR 

W pojazdach użytkowych bardzo często do sterowania zaworem recyrkulacji spalin 

wykorzystuje się zwężkę Venturiego, pozwalającą na ocenę różnicy ciśnienia przed i za 

zaworem [7]. W bardziej złożonych układach stosuje się przepływomierz powietrza 

dopływającego do silnika oraz szerokopasmową sondę lambda, co pozwala dzięki 

zastosowaniu odpowiednich algorytmów na kontrolowanie pracy układu recyrkulacji 

spalin. Szczególnie zastosowanie skomplikowanych i kosztownych czujników podatnych 

na uszkodzenia może w przypadku pojazdów nonroad, poruszających się często poza 

drogami utwardzonymi i w niesprzyjających warunkach, powodować niewłaściwe 

działanie układu recyrkulacji spalin, a tym samym, zwiększenie emisji i pogorszenie 

wskaźników pracy silnika. W skrajnych przypadkach, niesprawny układ recyrkulacji 

spalin może wpływać na trwałość i niezawodność silnika. 

W układzie recyrkulacji spalin następuje wymieszanie się zawracanych z silnika spalin 

z powietrzem doprowadzanym do silnika. Wynikiem wymieszania się strumieni gazów 

o różnych temperaturach jest powstanie strumienia o pewnej temperaturze wynikowej. 

Jako że, każdy z mieszających się strumieni gazów posiada inny skład, to różne są też 

wartości ciepła właściwego dla każdego strumienia. Wobec tego w kanale dolotowym, 

po wymieszaniu się strumieni, można zapisać bilans energii: 

m c T = 

p 

pp 

1 

+ mEGRc 

pEGRT2 

min 

c 

pinT3 

Znając ciepło właściwe poszczególnych gazów składowych oraz zakładając ich 

udział można określić ciepło właściwe strumienia gazu będące ciepłem właściwym 

wynikowym: 

m 

i 

m 

i 

c 

pp 

= ∑ c 

pi 

, c 

pEGR 

= 

pi 

(4) 

m 

∑ c 

p 

m 

EGR 

Znając zależność: 

m 

p 

(5) 

1− 

X 

EGR 

= ⋅100% 

m 

oraz korzystając z równania bilansu (3) po przekształceniach można zapisać: 

X 

EGR 

= 

pin 

in 

c 

ppT1 

T3 

− 

c 

pin 

c 

pEGRT2 

c 

ppT1 

− 

c c 

pin 

⋅100% 

(3) 

(6) 

66


Stosując pewne uproszczenia można zatem określić stopień recyrkulacji spalin 

dokonując pomiaru temperatur w odpowiednich punktach układu dolotowego i systemu 

recyrkulacji spalin. Na rysunku 2 przedstawiono koncepcję układu sterowania stopniem 

recyrkulacji z wykorzystaniem liniowego zaworu EGR i monitorowaniem temperatury. 

Rys. 2. Schemat układu sterowania stopniem recyrkulacji spalin EGR 

Układ oparty jest na sterowaniu z wykorzystaniem mapy zawartej w sterowniku 

silnika ECU. Wstępne otwarcie zaworu EGR 7 następuje za pomocą aktuatora liniowego 

8 na podstawie mapy sterowania EGR, opartej na sygnale z prędkości obrotowej silnika 

n e 

oraz obciążeniu silnika L, korespondującego z wtryskiwaną dawką paliwa przez 

pompę wtryskową 11. Czujniki temperatury umieszczone w kolektorze dolotowym 3, 

5 i obwodzie recyrkulacji 4 dokonują za sprężarką 1 i chłodnicą 2 pomiaru temperatury 

powietrza T 1 

, zawracanych i schłodzonych w chłodnicy 9 spalin T 2 

oraz temperatury 

czynnika dopływającego przed zawór dolotowy silnika T 3 

. Liniowy zawór EGR, 

wyposażony w wewnętrzny magnetyczny czujnik indukcyjny, pozwala na monitorowanie 

otwarcia zaworu EGR oraz przy wykorzystaniu czujników temperatury 3, 4 i 5 ciągłe 

diagnozowanie jego działania. 

67


V. PODSUMOWANIE I WNIOSKI 

Spełnienie rygorystycznych norm emisji spalin przez pojazdy nonroad, wymaga 

zastosowania szeregu rozwiązań ograniczających emisję poszczególnych składników. 

Istotna jest przede wszystkim redukcja emisji przez bezpośredni wpływ na proces spalania, 

a dopiero w dalszej kolejności zastosowania metod pozasilnikowych. Znaczną redukcję 

tlenków azotu można uzyskać stosując recyrkulację spalin, jednak zbyt duży stopień 

recyrkulacji skutkuje znacznym wzrostem emisji cząstek stałych. Wobec tego, konieczne 

jest monitorowanie układu recyrkulacji, co jest możliwe m.in. dzięki przedstawionej 

koncepcji takiego układu. Zastosowanie nieskomplikowanych czujników (czujniki 

temperatury) powinno sprzyjać równocześnie obniżeniu kosztów i niezawodności silników 

pojazdów nonroad. Dalsze obniżenie kosztów i złożoności układu może nastąpić dzięki 

zastąpieniu np. jednego z czujników tzw. „czujnikiem wirtualnym”, opartym na określaniu 

temperatury spalania na podstawie dostępnych sygnałów z ilości wtryskiwanego paliwa, 

prędkości obrotowej itp. 

SPIS OZNACZEŃ: 

c , c , c − ciepło właściwe: powietrza, spalin, ładunku, kJ/(kg/ K) 

pp 

pEGR 

pin 

E 

– wskaźnik emisji NO x/PM 

m , m 

, m 

− strumień: powietrza, spalin, ładunku, g/s 

p 

EGR 

in 

m 

X 

, − masa jednostkowa emisji: tlenków azotu, cząstek stałych, g/kWh 

NO 

m PM 

n − prędkość obrotowa silnika dla maksymalnej mocy, rad/s 

P max 

P − moc maksymalna silnika, kW 

max 

T , T T − temperatura: powietrza, spalin, ładunku, K 

1 2, 

3 

X − stopień recyrkulacji spalin, % 

EGR 

LITERATURA 

[1] BAUMGARD K., COOKE S.: Exhaust Aftertreatment and Low Pressure LOP EGR 

applied to off-higway engine, Jon Deere Power Systems 2005. 

[2] Dieselnet- Emission Test Cycle : www.dieselnet/standards/cycles 

[3] GROMADKO J., Hong V., MILER P.: Applications of NRTC Cycle to determine 

a different fuel consumption and harmful emissions caused by changes of engines 

technical conditions, Maintaince and Reliability 4/2008, s.63-65. 

[4] KOPIŃSKI D., JACSKON C.: Nonroad Diesel PM Control, US EPA, Washington 

1997. s. 1-20. 

[5] LEJDA K.: Elimination of NO x 

Emission In Diesel Engine by EGR Metod, Western 

Scientific Centr of Ukrainian Transport Academy, Logos 2000. 

68


[6] MERKISZ J: Ekologiczne problemy silników spalinowych, Wydawnictwo 

Politechniki Poznańskiej, Poznań 1998. 

[7] TONETTI M.: EGR Control System, United States Patent Aplication Publication 

US 2009/0205617 A1, 2009, s. 1-8. 

[8] VDMA,: Exhaust Emission Legislation Diesel and Gas Engines, 2008. 

69

Rozdział 

Jacek Korniak 

Politechnika Opolska, ul. Sosnowskiego 31, 45-271 Opole 

e-mail:j.korniak@po.opole.pl 

Synteza sterowania rozmytego 

modelem suwnicy przemysłowej 

STRESZCZENIE: 

Artykuł przedstawia syntezę sterowania rozmytego suwnicą przemysłową. Celem 

sterowania jest minimalizacja szkodliwego kołysania przenoszonym ładunkiem. Proponowane 

rozwiązanie oparte jest o regulator nadrzędny (arbiter), adaptujący wzmocnienia regulatorów 

położenia oraz kąta odchylenia ładunku w zależności od istniejących warunków. 

ABSTRACT: 

The paper presents the anti-swing fuzzy control synthesis for a trolley crane. The 

approach is based on the supervisory controller updating the gains of the position and 

the angle controllers according to actual conditions. 

I. WSTĘP 

Suwnice przemysłowe są nieodłącznym urządzeniem używanym przy przenoszeniu 

ładunku. Zadanie stawiane przed operatorem suwnicy polega na takim przemieszczeniu 

ładunku, aby zapewnić jak najszybszy transport, przy ograniczeniu niepożądanych kołysań. 

Ma to istotne znaczenie w przypadku m.in. dużych gabarytowo ładunków, ograniczonych 

rozmiarów hali, położenia innych przedmiotów na drodze transportowej, dynamicznych 

przeciążeń, ograniczeń eksploatacyjnych, czy wreszcie bezpieczeństwa innych pracowników. 

Zwykle doświadczony operator wykonuje takie zadanie poprawnie, jednak nie jest on 

w stanie w każdym przypadku oszacować wagi ładunku, długości liny oraz odległości 

miejsca docelowego, aby bezpiecznie oraz poprawnie przetransportować ładunek. Zbyt 

duża przyjęta siła napędowa silników suwnicy może wywołać takie wartości przyspieszeń, 

które spowodują niebezpieczny efekt kołysania. Błąd operatora może doprowadzić do 

poważnych zniszczeń ładunku, suwnicy, a także może zagrozić bezpieczeństwu ludzi. 

Rozwiązania ograniczające te skutki zaprezentowano w [1,2,5,6]. 

71


II. MODEL MATEMATYCZNY SUWNICY 

Rys.2.1. przedstawia model 2-D wózka suwnicowego o masie M, poruszającego się 

wzdłuż szyny (współrzędna x) pod wpływem działającej siły f. Suwnica przewozi ładunek 

o masie m, zawieszony na, odchylającej się o kąt θ, linie o długości L (g - przyspieszenie). 

Parametry modelu przyjęto z [5]. 

Rys.2.1. Model suwnicy wraz z ładunkiem 

Wyznaczenie równań dynamiki systemu uzyskuje się na podstawie poniższych rozważań. 

Wielkości x m 

oraz y m 

wynoszą w tym przypadku 

x m 

= x + Lsin 

Θ 

oraz 

y m 

= − L cosΘ 

(2.1) 

Energia kinetyczna T oraz potencjalna U tego układu przyjmuje postać 

1 2 1 2 2 

T = Mx + m( x 

m 

+ y 

m), 

mgy m 

= −mgL 

cosΘ 

2 2 

Funkcję Lagrange’a uzyskuje się z różnicy energii T - U 

( ) Θ 

(2.2) 

~ 1 1 2 2 2 

L = T −U 

= Mx 

2 + m x 

+ L Θ 

+ 2x 

Θ LcosΘ 

− mgLcos 

(2.3) 

2 2 

Uogólniona postać s (liczba stopni swobody i=1...s) równań Lagrange’a drugiego rodzaju 

jest postaci 

d 

dt 

~ ~ 

⎛ ∂L 

⎞ ∂L 

⎜ − 

q 

⎟ 

⎝ ∂i 

⎠ ∂qi 

= Q 

(2.4) 

gdzie: q – wektor uogólnionych współrzędnych, Q – wektor uogólnionych sił. Przyjmując 

oznaczenia z Rys.2.1. dla wektora q = [x θ] T uzyskuje się układ 

d 

dt 

~ ~ 

⎛ ∂L 

⎞ ∂L 

⎜ 

⎟ − = 0 

⎝ ∂Θ 

⎠ ∂Θ 

oraz 

d 

dt 

i 

~ ~ 

⎛ ∂L 

⎞ ∂L 

⎜ − = 

x 

⎟ 

⎝ ∂ 

⎠ ∂x 

f 

(2.5) 

72

Rozdział 9: Synteza sterowania rozmytego modelem suwnicy przemysłowej 

Wyznaczając pochodne równania (2.6.) uzyskuje się następujące zależności 

x cosΘ 

+ LΘ 

− g sin Θ = 0 , 

2 

m + M x 

+ mL Θ 

cosΘ − Θ 

sinΘ 

( ) ( ) = f 

(2.6) 

III. STEROWANIE ROZMYTE SUWNICĄ 

Zaproponowany system sterowania suwnicą z ładunkiem opiera się na dwóch regulatorach 

rozmytych (Rys.3.1.), których zadaniem jest odpowiednio dokładne przemieszczenie 

ładunku (regulator FL x 

) oraz stabilizacja i ograniczenie kołysania ładunku (regulator 

FL θ 

). Efektywność stosowania sterowania rozmytego nie wymaga konieczności użycia 

dokładnego modelu matematycznego obiektu, którego złożoność (w tym nieliniowość) 

często wpływa na proces obliczeniowy w syntezie sterowania [4,6]. W celu zapewnienia 

uchybu statycznego zarówno w torze położenia x oraz w torze stabilizacji kąta θ, 

zaproponowano struktury regulatorów rozmytych opierając się o algorytm przyrostowy 

PI. Reguły sterowania rozmytego dobrano natomiast tak, aby działanie regulatorów 

odzwierciedlało metodę regulacji z tzw. linią przełączeń (podobnie jak dla regulatorów 

ślizgowych) [3,4,5]. W zastosowanym sposobie sterowania istotną rolę odgrywa regulator 

nadrzędny (tzw. arbiter, FL a 

), którego działanie również oparte jest o metody rozmyte. 

Wpływa on na regulatory na FL x 

oraz FL θ 

, zapewniając adaptacyjne dobranie ich 

wzmocnień w zależności od odległości suwnicy od celu składowania ładunku. Działanie 

adaptacyjne, poprzez zastosowanie odpowiedniej struktury regulatora nadrzędnego oraz 

eksperymentalnemu dobraniu reguł regulatora rozmytego FL a 

, „osłabia” wpływ regulatora 

położenia FL x 

, natomiast wzmacnia działanie regulatora kąta FL θ 

, w miarę zbliżania 

się suwnicy do celu. Takie podejście, jak pokazują wyniki eksperymentalne, zapewnia 

ograniczenie efektu kołysania ładunkiem przy zbliżaniu się suwnicy do celu. Zbliżoną 

metodę sterowania z regulatorem przełączającym zaprezentowano w [2], jednak nie 

ograniczono tam w znaczący sposób efektu kołysań. 

Rys.3.1. Schemat strukturalny sterowania rozmytego suwnicą 

73


Regulator położenia (podobnie jak regulator kąta) funkcjonuje w oparciu o system 

rozmyty FL X 

(Rys.3.2.), działający na bazie regulatora PI o algorytmie przyrostowym: 

( e ∆e 

) 

∆ u = f , 

x 

x 

gdzie e x 

oznacza odległość do celu, ∆e x 

to prędkość suwnicy, natomiast ∆u x 

to 

przyrost wartości sterowania (np. mocy) [2,3,4]. Bezwzględna wartość sterowania u x 

wyznaczana jest na podstawie sumy ∆u x 

oraz wartości sterowania u x 

z poprzedniego 

kroku obliczeniowego. 

x 

Rys.3.2. Struktura regulatora rozmytego FL x 

(położenia) 

Rozkład funkcji przynależności dla zmiennych e x 

, ∆e x 

oraz ∆u x 

, znormalizowany do 

przedziału , oraz bazę reguł dla regulatora FL x 

przedstawiono na Rys.3.3. 

a) b) 

Rys.3.3. Parametry regulatora FL x 

: a) funkcje przynależności, b) baza reguł 

Wpływu na przestrzeń sterowań regulatora FL x 

dokonuje się za pomocą wzmacniaczy skalujących 

(Rys.3.2.), których wartości wzmocnień dobrano eksperymentalnie. Sygnały wyjściowe 

regulatorów położenia u x 

’ oraz kąta u θ 

’ stanowią składowe całkowitego sygnału sterującego 

u f 

= u x 

’ + u θ 

’. Sygnał ten zostaje wypracowany z wykorzystaniem adaptacyjnego 

oddziaływania regulatora nadrzędnego (arbitra). Sygnały u x 

’ oraz u θ 

’ generowane są 

w następujący sposób: 

u x 

’ = k x 

∙ u x 

oraz u θ 

’ = k θ 

∙ u xθ 

. Współczynniki k x 

oraz k θ 

generowane są za pomocą regulatora 

rozmytego FL a 

typu Sugeno, którego funkcje przynależności dla zmiennej |e x 

| oraz bazę 

reguł prezentuje Rys.3.4. 

74


a) b) 

Zbiór wartości dla zmiennej kθ: 

S=0.5, M=1.25, B=2.0 

(dobrane eksperymentalnie) 

Rys.3.4. Parametry regulatora FL a 

: a) funkcje przynależności, b) baza reguł 

Regulator rozmyty FL a 

stanowi główną część struktury regulatora nadrzędnego (arbitra) 

(Rys.3.5.). Jego rola polega na takim wypracowaniu wartości współczynników k x 

oraz k θ 

, 

aby w miarę zbliżania się suwnicy do celu nastąpiło wzmocnienie działania regulatora 

kąta, podczas gdy działanie regulatora położenia powinno zostać w odpowiednim stosunku 

„osłabione”. 

Rys.3.5. Schemat strukturalny rozmytego regulatora nadrzędnego (arbitra) 

Taka metoda działania wynika ze zmodyfikowania przestrzeni wejściowej dla zmiennej 

|e x 

|, dzięki której można wymusić „osłabione” działanie regulatora położenia, podczas 

gdy działanie regulatora kąta zostaje „wzmocnione”. 

75


IV. WYNIKI EKSPERYMENTALNE 

Doświadczenia eksperymentalne dotyczące zastosowania sterowania rozmytego suwnicą 

z ładunkiem, zrealizowano za pomocą oprogramowania MATLAB/Simulinik. W pierwszej 

kolejności dopasowano oraz strojono regulatory rozmyte położenia oraz kąta, jednak jeszcze 

bez działania regulatora adaptacyjnego, w drugim – zastosowano regulator nadrzędny 

(arbiter). Wyniki eksperymentu dla x zad 

=0.5 przedstawia Rys.4.1, które potwierdzają 

skuteczność metod rozmytych w przypadku obiektów trudnych (nieliniowych oraz 

z wewnętrznymi sprzężeniami), jak napędy, czy wózki suwnicowe. 

a) b) 

Rys.4.1. Przebieg czasowy położenia suwnicy oraz kąta: a) bez arbitra, b) z arbitrem 

Analiza przebiegów z Rys.4.1. potwierdza efektywność działania regulatora nadrzędnego, 

czego efektem jest 2-krotne zmniejszenie amplitudy kąta. 

W trzecim eksperymencie uwzględniono na wejściu modelu (w sygnale u f 

) suwnicy 

element z tzw. strefą nieczułości (od -0.02 do 0.02), niekorzystną w rzeczywistych 

warunkach przyczyną powstawania niedokładności sterowania. Efekt taki występuje 

w przypadku napędów suwnicowych zawierających elementy przekładniowe [6]. Rys.4.2. 

przedstawia przebiegi położenia suwnicy oraz kąta w takich warunkach przy braku 

regulatora nadrzędnego oraz z jego zastosowaniem. 

a) b) 

Rys.4.2. Przebieg czasowy położenia suwnicy oraz kąta: a) bez arbitra, b) z arbitrem 

- model z tzw. strefą nieczułości 

76


Analizując rezultaty eksperymentu (Rys.4.2a), wynika, że uwzględnienie strefy nieczułości 

w modelu suwnicy, skutkuje, w przypadku braku regulatora nadrzędnego, pojawieniem 

się niedokładności sterowania (przy x zad 

=0.5) oraz nieznacznymi i niezanikającymi 

wahaniami ładunku. 

W ostatnim doświadczeniu zastosowano regulator nadrzędny w sterowaniu suwnicą 

z uwzględnioną strefą nieczułości na wejściu modelu suwnicy. Wyniki eksperymentu 

przedstawiono na Rys.4.2b., które ponownie potwierdzają efektywność działania 

regulatora nadrzędnego, czego efektem jest ponad 2-krotne zmniejszenie amplitudy 

kąta, zwiększenie dokładności sterowania oraz zdecydowane ograniczenie wahań kąta 

w stanie ustalonym. 

V. UWAGI KOŃCOWE 

Zaproponowana w artykule metoda sterowania rozmytego suwnicą przemysłową 

uwzględniającą sterowanie nadrzędne o charakterze adaptacyjnym wpływa korzystnie na 

uzyskane wyniki. Zaletą takiego podejścia jest uzyskanie dużej dokładności sterowania 

położeniem wózka suwnicowego, przy jednoczesnym zminimalizowaniu wahań 

zawieszonego ładunku. Efektywność proponowanej metody szczególnie uwidoczniona 

jest przy uwzględnieniu pewnych rzeczywistych warunków w suwnicy na przykładzie 

modelu ze strefą nieczułości. Zastosowane w regulatorach rozmytych oraz w regulatorze 

nadrzędnym współczynniki wzmacniające (skalujące) dobrano drogą eksperymentalną i nie 

były poddane optymalizacji, jednak ich zaproponowane wartości już wpływają na uzyskanie 

korzystnych wyników, wskazując na efektywność prezentowanej metody sterowania. 

Jej zastosowanie, zdaniem Autora, pozwoli na uniknięcie ewentualnego zniszczenia 

ładunku bądź sąsiadujących z nim elementów rozmieszczonych w hali przemysłowej, 

a także podniesienie poziomu bezpieczeństwa przebywających tam pracowników. 

77


LITERATURA 

[1] AHMAD M.A.: Active Sway Suppression Techniques of a Gantry Crane System. 

European Journal of Scientific Research, 2009, Vol.27, No.3 p.322-333 

[2] CHANG CH.-Y.: THE SWITCHING ALGORITHM FOR THE DESIGN 

OF CRANE CONTROLLER. The Proceedings of the 5th Asian Control Conference, 

2004, Vol.3, p.1723- 1728 

[3] DRIANKOV D., HELLENDOORN H., REINFRANK M.: Wprowadzenie 

do sterowania rozmytego. WNT, 1996, s. 132-133 

[4] KORNIAK J.: Racjonalizacja pracy układu energetycznego samochodu osobowego 

z wykorzystaniem logiki rozmytej. Rozprawa doktorska, Politechnika Opolska, 

Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Opole, 2005 

[5] LIN C.-M., CHIN W.-L.: Adaptive Hierarchical Fuzzy Sliding-Mode Control for 

a Class of Coupling Nonlinear Systems, Int. J. Cont. Math. Sci., 2006, Vol. 1, p.177-204 

[6] NGUYEN H. and others: Model Predictive Control of Gantry Crane with Input 

Nonlinearity Compensation. Proceedings Of World Academy Of Science, Engineering 

And Technology 2009, Vol.38, p.312-316 

78

Rozdział 

Artur Smolczyk 1 , Marek Rosicki 2 

1 

Politechnika Opolska, ul. Sosnkowskiego 31,45-272 Opole 

e‐mail: a.smolczyk@po.opole.pl 

2 

ATMOTERM S.A., ul. Łangowskiego 4, 45-031 Opole 

e-mail: rosicki@atmoterm.pl 

Wykorzystanie wielu procesorów 

w modelowaniu rozprzestrzeniania 

zanieczyszczeń w atmosferze 

STRESZCZENIE: 

Modelowanie zjawisk atmosferycznych w skali ponadlokalnej wymaga zaangażowania 

dużych mocy obliczeniowych. Jednym z modeli rozprzestrzeniania zanieczyszczeń 

w atmosferze w skali regionalnej jest CALMET/CALPUFF. W niniejszym artykule 

przedstawiono metodę rozdzielania obliczeń w powyższym modelu pomiędzy niezależne 

komputery klasy PC. 

ABSTRACT: 

Modelling of atmospheric phenomena in beyond-local scale requires involvement of 

large computing capacity. One of the pollution dispersion models for regional scale is 

CALMET/CALPUFF. A method of the model calculation distribution between independent 

PC-class workstations was presented in this article. 

I. WSTĘP 

Wprowadzenie w życie ustawy „Prawo ochrony środowiska” [1] uruchomiło tworzenie 

systemów zarządzania jakością powietrza, ujmujących w sposób kompleksowy emisję 

zanieczyszczeń atmosfery, ich rozprzestrzenianie i monitoring imisji. Działanie systemów 

tworzą dwa przeplatające się procesy: oceny stanu jakości powietrza połączone z klasyfikacją 

stref oraz przygotowywanie, wdrażanie i realizacja naprawczych programów ochrony 

powietrza. Narzędziami i źródłami informacji w obydwu procesach są pomiary imisji, 

pomiary i szacowanie emisji oraz modelowanie matematyczne rozprzestrzeniania się 

i przemian zanieczyszczeń w atmosferze. [2] 

79


Doboru modelu matematycznego dokonuje się w oparciu o wiele kryteriów, z których 

najważniejsze to [3]: 

1. 

2. 

3. 

4. 

skala przestrzenna modelu, 

skala czasowa modelu, 

typ zanieczyszczenia, 

przeznaczenie modelu. 

II. MODEL CALMET/CALPUFF 

Jednym z najbardziej uniwersalnych modeli, a przez to zalecanym [2] do stosowania 

w systemach zarządzania jakością powietrza jest model CALPUFF (CALifornia air 

research board PUFF air dispersion model) [4]. Jest on dostępny nieodpłatnie wraz 

z kodem źródłowym w języku FORTRAN i podręcznikiem użytkownika na serwerze 

firmy Earth Tech [5]. 

CALPUFF należy do klasy gaussowskich modeli obłoku, w których zakłada się, że 

emitowane zanieczyszczenia wprowadzane są do powietrza w postaci ładunków (zwanych 

obłokami) w odstępach czasu ∆t. Ładunki te, rozprzestrzeniają się niezależnie od siebie 

zgodnie z warunkami atmosferycznymi. Ponieważ każdy obłok może zawierać inną ilość 

zanieczyszczeń, gaussowski model obłoku może dokładnie odzwierciedlać zmienność 

pola emisji zanieczyszczeń. Podobnie, w odróżnieniu od modeli smugowych, CALPUFF 

uwzględnia przestrzenną różnorodność warunków geofizycznych (wysokość terenu, sposób 

użytkowania, szorstkość aerodynamiczna, albedo, liczba Bowena, indeks biologicznej 

aktywności itp.) oraz przestrzenną (wielowarstwową) i czasową zmienność warunków 

atmosferycznych w badanym obszarze (wiatr, temperatura, ciśnienie, wysokość warstwy 

mieszania, prędkość konwekcyjna, opady, pionowa i pozioma turbulencja). Zasięg modelu 

wynosi od kilkudziesięciu metrów do kilkuset kilometrów. 

Model CALPUFF przyjmuje informacje o stałej bądź zmiennej w czasie emisji 

zanieczyszczeń ze źródeł: 

a) punktowych, 

b) liniowych, 

c) powierzchniowych, 

d) objętościowych. 

Model CALPUFF współpracuje z dwoma modułami pomocniczymi: CALMET 

(preprocesor meteorologiczny) i CALPOST (obróbka i prezentacja wyników), tworząc 

system modelowania o dużej dokładności potwierdzonej między innymi przez amerykańską 

Agencję Ochrony Środowiska (US EPA, 1995/1998) oraz przez niezależne ośrodki 

naukowe (np. GM University Virginia, 2002). Podstawowym czasem uśredniania modelu 

CALPUFF dla obliczanych poziomów zanieczyszczeń jest 1 godzina. Obliczanie innych 

charakterystyk czasowych (ilość przekroczeń, dłuższe czasy uśredniania np. 24 godziny 

lub rok) jest wykonywane przy użyciu modułu CALPOST. Model opisuje w sposób 

2- 2- 

parametryczny przemiany chemiczne SO 2 

, SO 4 

, NO, NO 2 

, NO 3- 

, HNO 3 

oraz aerozoli 

organicznych. Istnieje również możliwość zdefiniowania przez użytkownika specyficznych 

80

Rozdział 10: Wykorzystanie wielu procesorów w modelowaniu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń 

dobowych cykli przemian chemicznych z podaniem stopnia przemiany dla poszczególnych 

substancji. Ponadto model CALPUFF pozwala na obliczenie tzw. mokrej depozycji, 

związanej z sorpcją zanieczyszczeń podczas opadów atmosferycznych. Model uwzględnia 

również następujące takie efekty związane z jakością powietrza jak wpływ budynków 

na rozprzestrzeniającą się smugę zanieczyszczeń, wpływ ukształtowania terenu i bryzy 

morskiej na transport zanieczyszczeń czy suchą depozycję gazów i cząstek pyłu. 

Dane geofizyczne i meteorologiczne przygotowuje się dla siatki punktów, którą pokrywa 

się ten modelowany obszar. W modelu CALPUFF rozróżnia się trzy siatki punktów: 

a) meteorologiczną, tzn. zbiór punktów, w których oblicza się model pogody 

(pole wiatru), 

b) obliczeniową, składającą się z punktów uwzględnionych w modelowaniu 

transportu zanieczyszczeń, 

c) receptorów, w których wyznacza się stężenia zanieczyszczeń porównywa- 

ne następnie z stężeniami dopuszczalnymi. 

Każda z wymienionych siatek musi być podzbiorem siatki poprzedzającej. W szczególności 

siatki te mogą być identyczne. Długość boku elementarnego pola siatki, równą odległości 

między ich środkami (Rys.1.) ustala użytkownik uwzględniając wielkość, różnorodność 

rzeźby i sposobu użytkowania badanego obszaru oraz skalę badań. 

węzeł siatki 

pole siatki 

indeks y pól siatki 

4 

3 

2 

1 

1 

początek siatki 

2 

3 4 5 

indeks x pól siatki 

6 

7 

8 

Rys. 1. Elementy siatki w modelu CALPUFF 

Modelowanie przeprowadza się dla przyjętego przedziału czasu (w zastosowaniu do 

zarządzania jakością powietrza jest to rok kalendarzowy, w którym zaobserwowano 

przekroczenia dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń) z rozdzielczością 1 godziny. 

81


III. SFORMUŁOWANIE PROBLEMU 

Stosowanie modelu CALPUFF w modelowaniu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń 

napotyka na dwa zasadnicze utrudnienia: dużą złożoność obliczeniową oraz ograniczone 

wartości parametrów modelu. 

1. Złożoność obliczeniowa 

Czas trwania obliczeń zależy głównie od: 

—— przyjętego przedziału czasu, 

—— wielkości badanego obszaru, 

—— przyjętego rozmiaru pól siatki, 

—— liczby źródeł zanieczyszczeń (wszystkich wymienionych powyżej typów), 

—— liczby rozpatrywanych substancji, 

—— uwzględnienia (lub nie) przemian chemicznych. 

Ponadto na czas obliczeń wpływają trudniejsze do ilościowego opisu czynniki, np. 

stopień urozmaicenia rzeźby terenu, jego pokrycie, zmienność warunków pogodowych 

czy zmienność emisji. 

Obliczenia mogą trwać bardzo długo, nawet wiele tygodni. W tablicy 1. przedstawiono 

przykładowe czasy obliczeń rozprzestrzeniania dwóch niereagujących substancji 

w stosunkowo niewielkich obszarach modelowania (po dwa powiaty województwa 

małopolskiego) przy siatce kilometrowej. 

Tabela 1. Przykładowe czasy obliczeń w modelu CALPUFF 

Rozmiary siatki* 

Liczba 

Źródła emisji 

Rodzaj 

Czas obliczeń [s] 

45 × 50 

12 punktowe 12794.0 

445 powierzchniowe 256128.0 

46 punktowe 47510.0 


63 × 47 




* 

wszystkie trzy siatki identyczne 

Obliczenia przeprowadzono na komputerze Intel Core 2 Quad Q6600 2.41 GHz 3 GB 

RAM. Ostatni, największy z podanych czasów to ponad 22 dni! 

82


2. Ograniczenia modelu CALPUFF 

Wiele parametrów programu CALPUFF ma ustawione domyślne wartości na tyle niskie, 

że w zasadniczy sposób ograniczają przydatność modelu. Uruchamianie modelu utrudnia 

dodatkowo fakt, że o ograniczeniach tych nie ma mowy w dokumentacji [4]. 

Tabela 2. Wybrane parametry modelu CALPUFF 

Parametr 

MXPT1 

MXPT2 

Znaczenie 

Maksymalna liczba źródeł punktowych o stałych parametrach 

emisji 

Maksymalna liczba źródeł punktowych 

o zmiennej emisji 

Domyślna 

wartość 

200 

200 

MXAREA Maksymalna liczba źródeł powierzchniowych 200 

MXLINES Maksymalna liczba źródeł liniowych 24 

MXVOL Maksymalna liczba źródeł objętościowych 200 

MXSPEC Maksymalna liczba substancji 20 

MXPUFF 

Maksymalna liczba obłoków obecnych równocześnie w obrębie 

siatki obliczeniowej 

100000 

Parametry te można próbować samodzielnie zmienić w plikach paramsl.met, paramsl.puf 

i paramsl.pst zawierających parametry programów odpowiednio CALMET, CALPUFF 

i CALPOST. Zmiany te wymagają ponownej kompilacji wymienionych programów, co 

jest możliwe dzięki temu, że kod źródłowy modelu CALPUFF jest dostępny nieodpłatnie 

[5]. W tablicy 2. przedstawiono niektóre z parametrów, które wymagały zmiany ze 

względu na ich zbyt małą wartość. W województwie małopolskim np. zdefiniowano kilka 

tysięcy źródeł powierzchniowych. Wartość MXAREA = 200 okazała się w tym przypadku 

zdecydowanie za mała. W przypadkach, gdy przekroczenie dopuszczalnych parametrów 

modelu jest od początku wiadome (np. liczba źródeł powierzchniowych przekracza wartość 

MXAREA) CALPUFF sygnalizuje przekroczenie dopuszczalnych wartości parametrów już 

w fazie wstępnej obliczeń. Znacznie gorzej, gdy przekroczenia następują już w właściwej 

fazie modelowania. Ma to miejsce na przykład przy przekroczeniu dopuszczalnej liczby 

obłoków w obrębie siatki obliczeniowej (MXPUFF). Tego typu błąd pojawia się w trakcie 

obliczeń, jest trudny do przewidzenia i może w praktyce oznaczać zmarnowanie wielu 

godzin obliczeń. 

83


IV. ROZWIĄZANIE 

Przedstawionym w poprzednim rozdziale problemom można przeciwdziałać dzieląc 

obliczenia na części i uruchamiając je na odrębnych komputerach/procesorach/rdzeniach. 

Otrzymane wyniki musi dać się scalić w jeden plik identyczny z tym, który powstałby 

w wyniku obliczeń bez podziału. Teoretycznie podziału można dokonywać ze względu 

na każdy z wymienionych wcześniej czynników wpływających na czas obliczeń. Nie 

zawsze jednak jest to działanie poprawne. 

1. Podział okresu obliczeniowego 

Jak zostało wcześniej powiedziane, modelowanie w ramach systemu zarządzania 

jakością powietrza prowadzi się dla wskazanego roku kalendarzowego z czasem 

uśredniania równym 1 godzinie. Łącznie daje to (w latach nieprzestępnych) 8760 godzin, 

dla których generowane są wyniki. Czas obliczeń jest w przybliżeniu proporcjonalny 

do liczby godzin uwzględnionych w modelowaniu. Najprościej byłoby zatem podzielić 

okres obliczeniowy na jak najmniejsze odcinki i dla nich osobno uruchomić obliczenia, 

a potem scalić uzyskane wyniki. Postępując w ten sposób popełnia się jednak poważny 

błąd metodologiczny polegający na nieuwzględnieniu w kolejnym okresie obliczeniowym 

obłoków zanieczyszczeń wygenerowanych w okresach poprzedzających. Im drobniejszy 

podział, tym większy błąd. Otrzymane wyniki muszą być w takim przypadku zawsze 

zaniżone. 

Powyższe rozważania prowadzą do jeszcze jednego wniosku – modelując jakikolwiek 

okres (nawet cały rok) powinno się uwzględnić również pewien poprzedzający odcinek 

czasu, w którym do atmosfery trafiły obłoki zanieczyszczeń nie zdeponowane przed 

rozpoczęciem modelowanego okresu. W przeciwnym przypadku na początku modelowanego 

okresu, stężenia modelowane będą zaniżone w stosunku do rzeczywistych. 

2. Podział modelowanego obszaru 

Obszar modelowania można podzielić na części tylko w obrębie siatki receptorów. 

Podział siatki obliczeniowej na mniejsze strefy, powodowałby nieuwzględnienie transportu 

zanieczyszczeń pomiędzy strefami i tym samym zaniżenie stężeń modelowanych w stosunku 

do rzeczywistych. Można oczywiście ten transport transgraniczny uwzględniać (podobnie, 

jak uwzględnia się go na granicy całego modelowanego obszaru), ale jest to niepotrzebne 

komplikowanie obliczeń. Zdecydowanie prościej jest wydzielać podzbiory siatki receptorów. 

W skrajnym przypadku można prowadzić obliczenia dla pojedynczych receptorów. 

W celu zbadania, jak czas obliczeń zależy od liczby receptorów, porównano czasy 

obliczeń w pełnej siatce receptorów 81 × 56 oraz dla dwóch receptorów z tego samego 

obszaru (w praktyce wybiera się punkty siatki obliczeniowej położone najbliżej stacji 

pomiaru imisji w badanym obszarze). Uzyskane wyniki przedstawia tabela 3. 

84


Tabela 3. Porównanie czasów obliczeń dla różnych liczb receptorów 

Liczba receptorów 4536 2 

Czas obliczeń 2382481,0 s 132417,0 s 

Czas obliczeń/1 receptor 525,2 s 66208,4 s 

Sumaryczny czas obliczeń dla 4536 receptorów* 2382481,0 s 300321270,0 s 

* suma czasów obliczeń dla każdej ze stref (jednej lub 2268) 

Z powyższej tabeli wynika, że koszt obliczeń wyrażony czasem obliczeń przypadającym na 

jeden węzeł siatki receptorów jest duży dla małej liczby receptorów. Można to wytłumaczyć 

tym, że niezależnie od liczby receptorów główna część obliczeń prowadzona jest w węzłach 

siatki obliczeniowej. Wynika z tego praktyczny wniosek, że podział modelowanego 

obszaru na małe zbiory receptorów może wprawdzie skrócić czas oczekiwania na wynik 

końcowy, jednakże sumaryczny czas obliczeń wzrasta szybciej niż liniowo i prowadzi 

to do wysoce nieefektywnego wykorzystania procesorów. 

3. Podział źródeł zanieczyszczeń 

Bardzo często modeluje się rozprzestrzenianie w powietrzu zanieczyszczeń, które nie 

reagują z sobą (praktycznie najczęściej uwzględnia się pierwotny pył zawieszony PM10). 

W takim przypadku można przeprowadzać niezależne obliczenia dla podzbiorów źródeł 

zanieczyszczeń. Takie podejście ma trzy podstawowe zalety: 

a) sumaryczny czas obliczeń powinien być w przybliżeniu stały (Tab. 4.), niezależnie od 

dzielenia zbioru źródeł na grupy. Wynika to z faktu, że powinien on być proporcjonalny 

do liczby źródeł (i liczby generowanych obłoków zanieczyszczeń). W takim razie 

dysponując wieloma procesorami warto „rozdzielić” źródła równomiernie na te 

procesory. 

b) można wyciągać interesujące wnioski z wyników cząstkowych. Celem modelowania 

rozprzestrzeniania zanieczyszczeń jest między innymi zidentyfikowanie źródeł emisji 

mających największy wpływ na przekroczenia dozwolonych stężeń. Podstawowy 

podział źródeł powinien być przeprowadzony ze względu na ich typ (punktowe, 

liniowe, powierzchniowe), a dopiero dalej w obrębie źródeł jednego typu. 

c) bez specjalnych zabiegów (rekompilacja modelu) można uniknąć przekroczenia 

dopuszczalnych wartości parametrów modelu, o których była mowa w rozdziale III. 

Szczególnie ważne jest nieprzekraczanie maksymalnej liczby obłoków w siatce 

obliczeniowej. 

85


Tabela 4. Czasy obliczeń dla różnej liczby źródeł emisji (siatka 81×56) 

Liczba źródeł 

Czas obliczeń [s] 

V. WNIOSKI 

343 352475,0 

686 661332,0 

1372 1361393,0 

1. Modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w powietrzu angażuje duże moce 

obliczeniowe. Obliczenia można podzielić na niezależne przebiegi realizowane 

na odrębnych procesorach. 

2. Jeśli to tylko możliwe (emitowane substancje nie wpływają na siebie), należy 

rozdzielać źródła emisji. Pozwala to skracać czas oczekiwania na końcowy 

wynik (przy praktycznie nie zmienionym czasie sumarycznym) zachowując 

możliwość analizy wpływu poszczególnych źródeł na sumaryczne stężenia 

zanieczyszczeń. 

3. Łatwe scalanie wyników uzyskanych w odrębnych przebiegach modelu CALPUFF 

umożliwiają narzędzia wspomagające dołączone do modelu. Są to postprocesory: 

APPEND (pozwala łączyć wyniki modelowania z różnych, rozłącznych odcinków 

czasu), CALSUM i POSTUTIL (pozwalające sumować stężenia zanieczyszczeń dla 

tych samych obszarów i przedziałów czasowych uzyskane w różnych przebiegach 

obliczeniowych, np. dla różnych zbiorów źródeł emisji). 

LITERATURA 

[1] Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. – Prawo ochrony środowiska, Dz.U. 2001 Nr 62 

poz. 627. 

[2] ŁOBOCKI L., Wskazówki metodyczne dotyczące modelowania matematycznego 

w systemie zarządzania jakością powietrza, Ministerstwo Środowiska, Główny 

Inspektorat Ochrony Środowiska, Warszawa 2003. 

[3] MARKIEWICZ M. T., Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń 

w powietrzu atmosferycznym, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 

Warszawa 2004, ISBN 83-7207-461-5. 

[4] SCIRE J.S. i inni, A User’s Guide for the CALPUFF Dispersion Model, Earth Tech 

Inc., Concord 2000. 

[5] Official CALPUFF Web site: http://www.src.com/calpuff/calpuff1.htm. 

86

Rozdział 

Norbert Szmolke 

Politechnika Opolska, ul. Mikołajczyka 5, 45–271 Opole 

e-mail: n.szmolke@po.opole.pl 

Wybrane przykłady spalania biomasy 

STRESZCZENIE: 

W pracy przedstawiono przykłady spalania biomasy: peletów, granulatu z osadów 

ściekowych oraz ziaren energetycznych. 

ABSTRACT: 

This paper presents examples of biomass combustion: pellets, effluent precipitates 

and energy grain. 


Wielkość zasobów paliw kopalnych drastycznie się zmniejsza. Dlatego też ludzkość 

intensywnie poszukuje możliwości zastąpienia, powszechnie wykorzystywanych, paliw 

kopalnych odnawialnymi źródłami energii. Należy również pamiętać, że środowisko 

naturalne posiada ograniczoną zdolność przyjmowana zanieczyszczeń bez niebezpiecznych 

zmian w funkcjonowaniu globalnego ekosystemu. 

Do odnawialnych źródeł energii zalicza się: energię słoneczną, wodną, wiatrową, 

geotermalną, pływów morskich, fal morskich i energię cieplną oceanów oraz biomasę. 

Ta ostatnia, to nic innego jak masa materii organicznej, zawartej w organizmie zwierzęcia 

lub rośliny. [2] Zalicza się do niej także substancje organiczne zawarte w produktach 

ubocznych gospodarki komunalnej, osady ściekowe, odpady komunalne itp. 

Biomasa pochodzenia roślinnego, trzecie, co do wielkości na świecie, naturalne źródło 

energii może stanowić znaczący energetyczny substytut paliw kopalnych, a zwłaszcza 

węgla. 

Biomasa jest obecnie głównie produktem ubocznym produkcji leśnej lub rolniczej. W Polsce 

wykorzystywana jest najczęściej w gospodarstwach domowych – według szacunków, biomasą 

opalanych jest 1 mln domów jednorodzinnych, które łącznie zużywają jej 7,4 mln ton rocznie [7]. 

Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw 

kopalnych. Zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest 

87


niższa, a powstający w procesie spalania dwutlenek węgla wytworzony został w przeszłości 

z dwutlenku węgla zawartego w biosferze; przyjmuje się, że biomasa w okresie wegetacji 

pochłania taką ilość CO 2 

z atmosfery, jaka powstaje w wyniku jej późniejszego spalenia. 

Natomiast dwutlenek wprowadzony do środowiska przy spalaniu paliw kopalnych jest 

dodatkowym dwutlenkiem węgla wnoszonym do atmosfery. 

Należy również pamiętać, że pozytywnym efektom ekologicznym towarzyszą inne, 

nie mniej ważne; np. zmniejszenie degradacji środowiska, wynikającej z wydobycia 

paliw kopalnych. Ponadto nie do przecenienia jest obniżenie ilości deponowanych na 

składowiskach odpadów kopalnianych i produktów spalania; zahamowanie w wielu 

rejonach kraju postępującej erozji gleb czy wreszcie wykorzystanie nieużytków. 

W pracy przedstawiono wybrane przypadki spalania biomasy od coraz powszechniej 

wykorzystywanych peletów przez osady ściekowe do ziaren energetycznych. 

II. PELETY 

Rys.1. Pelety z drzewa liściastego 

(zdjęcie własne) 

Pelety to granulowana biomasa roślinna 

(rys.1.), traktowana często jako rodzaj 

brykietu drzewnego. Surowcem do produkcji 

tego paliwa może być każdy rodzaj roślin. 

Najcenniejsze, a dokładniej najbardziej 

korzystne energetycznie są odpady drzewne: 

trociny, ścinki i wióry oraz kora drzew. Jako 

ciekawostkę można potraktować informacje 

o próbach produkcji peletów z odpadów 

organicznych, pochodzących z przemysłowej 

produkcji drobiu. 

W praktyce wysuszony i rozdrobniony materiał, 

poddawany jest zabiegowi podgrzewania 

w wyniku którego zawarta w surowcu 

lignina zaczyna wykazywać właściwości 

kleju. Powstaje lepiszcze, wykorzystywane w granulatorze ciśnieniowym do produkcji 

granulatu, posiadającego wartość opałową taką jak drewno, niską wilgotność, w czasie 

spalania którego powstaje niewielka ilość popiołu, przydatnego jako nawóz. 

Pelety są paliwem bezpiecznym dla środowiska. Głównymi produktami spalania są 

dwutlenek węgla (nie zalicza się go do ogólnego bilansu energii), śladowe ilości tlenków 

azotu i siarki (rys.2.) oraz para wodna. Także w trakcie produkcji peletów do środowiska 

nie przedostają się żadne niekorzystne odpady. 

88

Rozdział 11: Wybrane przykłady spalania biomasy 

100% 

100% 100% 100% 100% 100% 

90% 

80% 

Emisja, % 

70% 

60% 

50% 

40% 

62% 

węgiel 

pelety 

30% 

20% 

10% 

0% 

Tlenek węgla 

4% 

Dwutlenek 

siarki 

19% 

11% 

0% 

Tlenki azotu Pyły Dwutlenek 

węgla 

Produkty spalania 

Rys.2. Ekologiczna efektywność spalania peletów z drzew liściastych w porównaniu do spalania 

węgla kamiennego (obliczenia własne) 

Niestety ekonomiczne spojrzenie na wykorzystanie peletów do wytwarzania ciepła 

nie jest tak optymistyczne. Energia z tego paliwa jest droga (rys.3.). Jeśli użytkownik 

kotła ma do wyboru spalanie węgla kamiennego, czy ekogroszku lub spalanie peletów, 

to kierując się ekonomią wybierze to pierwsze paliwo. Tylko podejście ekologiczne 

spowoduje zakup droższego paliwa. 

Pozostaje kwestia jakości paliwa. Obecnie zdecydowana większość wyprodukowanych 

w Polsce peletów sprzedawana jest na Zachód; głównymi odbiorcami są Niemcy i Austria. 

Bywa, że na rynek krajowy trafia paliwo gorszej jakości. Zdarzają się pelety zawierające 

piasek lub inne zanieczyszczenia. Ma to miejsce np., gdy pelety produkowane są z kory 

drzew. Podczas wegetacji do kory dostają się zanieczyszczenia tego typu, niesione przez 

wiatr. Należy zauważyć, że konstrukcja niektórych kotłów nie pozwala na spalanie 

paliw zanieczyszczonych wtrąceniami stałymi. Podczas eksploatacji miały już miejsce 

zatrzymania układów zasilania kotła, spowodowane piaskiem, zawartym w paliwie. 

89


Ekoterm Plus 

GZ 50 

Paliwo 

Pelety 

Koks orzech 

Ekogroszek 

Węgiel kamienny 

0 10 20 30 40 50 60 70 

Koszt 1 GJ, zł 

Rys.3. Koszt 1GJ energii, pozyskanej w wyniku spalania; wg cen brutto z końca czerwca 2009 r. 

(obliczenia własne) 

Innym problemem jest niedotrzymywanie podstawowych parametrów, charakteryzujących 

to paliwo, takich jak wartość opałowa czy wilgotność jak i skład chemiczny. Należy 

mieć świadomość, że kupując tańsze paliwo można otrzymać produkt o zaniżonych 

własnościach, z domieszkami gorszych składników. 

III. PALIWO Z OSADÓW ŚCIEKOWYCH 

Postępujące od kilku lat ograniczanie umieszczania osadów ściekowych na składowiskach 

odpadów, wynikające z dostosowywania prawa krajowego do Dyrektyw Unii Europejskiej, 

powoduje narastanie problemu z ich unieszkodliwianiem. 

Spośród wielu proponowanych metod interesujące wydaje się być termiczne ich 

przetwarzanie. Wybrane możliwości termicznego unieszkodliwiania osadów pokazano 

na rys.4. [8] 

W dalszej części przedstawiono jeden ze sposobów przygotowania paliwa z osadów 

ściekowych poprzez ich granulację z innymi substancjami palnymi. Metoda ta jest 

chroniona patentem RP 201 813 [5]. 

Ogólnie wytwarzanie paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków tą metodą (rys.5) 

charakteryzuje się tym, że osad o wilgotności do 75% miesza się z materiałem palnym 

o wartości opałowej co najmniej 16 MJ/kg (np. mułem węglowym lub trocinami) 

i z wapnem palonym, aż do uzyskania granulatów o wielkości 10-40 mm (rys.6), przy 

czym osad stanowi 50-80% wagowych mieszaniny, w której zawartość metali ciężkich 

nie przekracza 2500 ppm, zawartość polichlorowanych bifenyli nie przekracza 50 ppm, 

a zawartość chloru nie jest większa od 0,2% wagowych [5]. 

90


Osady ściekowe 

Odwadnianie 

Suszenie 

Spalanie 

Współspalanie 

Inne 

• kotły fluidalne 

• piece półkowe 

• piece obrotowe 

• piece cyklonowe 

• piece szkliwiące 

• z węglem w energetyce 

• z odpadami komunalnymi 

• z innymi paliwami 

• piroliza 

• zgazowanie 

• piroliza ze spalaniem 

• mokre utlenianie 

Rys.4. Możliwości termicznego unieszkodliwiana osadów ściekowych, wg [8] 

Właściwości tak otrzymanego paliwa pokazano w tabeli 1. 

W porównaniu do innych tego typu konstrukcji układ ten, charakteryzuje się tym, że 

między podajnikiem, a mieszarką bębnową umieszczone jest wymienne sito z elementem 

tnącym. 

Muł węglowy 

Palliiwo PBS 

Osady ściekowe 

Mączka 

mięsno-kostna 

Palliiwo PBM 

Trociny 

Palliiwo PBT 

Rys. 5. Schemat wytwarzania paliwa z osadów ściekowych, wg [5, 8] 

91


PBS PBM PBT 

Rys.6. Paliwa z osadów ściekowych, uzyskane metodą granulacji [8] 

Sposób wytwarzania oraz instalacja umożliwiają przetworzenie uciążliwych dla 

środowiska osadów w wartościowy produkt energetyczny, wykorzystywany przede 

wszystkim w cementowniach przy produkcji klinkieru [8]. 

IV. ZIARNA ENERGETYCZNE 

W celach energetycznych uprawia się wiele słabo rozpowszechnionych gatunków 

roślin; uprawia się jednak także rośliny znane już od dawna, lecz uprawiane najczęściej 

z innym przeznaczeniem. Taką rośliną jest, wykorzystywany zazwyczaj jako pasza dla 

zwierząt i pożywienie dla człowieka, owies (rys.7a), którego uprawa znana jest w naszym 

kraju od stuleci. Inną jest kukurydza (rys.7b), której obecne wykorzystanie do celów 

konsumpcyjnych jest coraz powszechniejsze [7]. 

Koncepcja energetycznego wykorzystania ziarna owsa, rozpowszechniona już 

w Szwecji, może zostać z powodzeniem wdrożona również w Polsce. Owies stanowi 

zaledwie 3% światowej powierzchni uprawy zbóż (ok. 17,9 mln ha). 

Tabela 1.Właściwości paliw z osadów ściekowych, wg [8] 

Parametr 

Jednostka 

Paliwo 

PBS PBM PBT 

Analiza techniczna 

Wartość opałowa MJ/kg 14,80 13,55 13,24 

Wilgotność 

względna 

% 10,92 8,67 10,37 

Części lotne % 33,50 - 59,82 

Popiół % 29,15 30,80 18,25 

Równocześnie niski poziom plonowania (17,5 dt/ha) powoduje, że jego udział w zbiorach 

zbóż stanowi tylko 1,7%. Również w Polsce zbiory owsa są niewielkie – w ostatnich 

latach stanowią ok. 6,2% wszystkich zbóż. Ma to głównie podłoże ekonomiczne – cena 

ziarna owsa jest 2- bądź 2,5-krotnie niższa niż pszenicy [4]. 

92


Niska cena owsa, w połączeniu z dopłatami unijnymi do jego produkcji, może być 

zachętą do jego uprawy na cele energetyczne. Wykorzystanie zimą owsa do celów 

grzewczych jest w niektórych aspektach łatwiejsze do wdrożenia niż przekonanie 

rolników do uprawy roślin do celów energetycznych. 

a) b) 

Rys. 7 Ziarna energetyczne (zdjęcia własne) a) owies, b) kukurydza 

Rolnicy mają doświadczenie w uprawie zbóż, w swoich gospodarstwach posiadają 

odpowiednie zaplecze magazynowe, natomiast uprawa większości roślin energetycznych 

jest jeszcze mało rozpoznana. Ponadto przy dużych powierzchniach, np. wierzby, pojawia 

się problem zakupu specjalistycznych maszyn i urządzeń. Ziarno łatwiej jest magazynować 

i transportować niż drewno czy słomę. 

Mimo, że koncepcja spalania ziarna owsa jest stosunkowo nowa, obserwowane 

jest wyraźne zainteresowanie ze strony rolników zakupem odpowiednich palników. Istniały 

obawy, że przeszkodą dla rozwoju tej technologii w Polsce będzie bariera mentalnościowa, 

wynikająca z szacunku dla ziaren zbóż. Dotychczasowe obserwacje wskazują, że aspekt 

ekonomiczny przeważa jednak w tym względzie i rolnicy wyzbywają się tego typu 

uprzedzeń [1]. 

Należy mieć również na uwadze fakt, że od roku 2010 zostaną zlikwidowane 

dopłaty do roślin energetycznych (wierzba wiciowa, miskantus i wiele innych). Dopłaty 

do uprawy roślin energetycznych oraz pomoc do plantacji trwałych mogą być stosowane 

jedynie do końca 2009 r. W listopadzie 2008 r. Rada Unii Europejskiej, po dyskusji na 

temat Wspólnej Polityki Rolnej, podjęła decyzję o zniesieniu od 2010 roku systemu 

płatności z tytułu roślin energetycznych. Taka decyzja Rady Unii Europejskiej wzięła się 

stąd, że wielkość upraw roślin energetycznych przekroczyła 2 mln ha, czyli maksymalną 

powierzchnię objętą dopłatami. Władze Unii uznały, że rynek roślin energetycznych 

rozwinął się na tyle, że dalsze wspieranie ich upraw nie ma już uzasadnienia [3]. 

Podobnie ma się rzecz z kukurydzą. Do celów energetycznych wykorzystuje się 

ziarna, których zastosowanie do celów konsumpcyjnych jest nie możliwe ze względu na 

uszkodzenia mechaniczne oraz infekcje biologiczne. Takich ziaren jest około 15% całej 

rocznej produkcji w Polsce. 

93


Zalety wykorzystania ziaren energetycznych to: 

•• 

łatwość spalania, 

•• wysoka, jak na biomasę wartość opałowa (16,5 – 18,5 MJ/kg przy wilgotności 10- 

12 %) oraz niska zawartość popiołu (0,6%), siarki (0,02%) i chloru (0,01%) [4], 

•• popiół można wykorzystać jako nawóz organiczny, 

•• możliwość uprawy na terenie całego kraju, 

•• wykorzystanie na cele energetyczne to niejednokrotnie zapobieżenie marnotrawstwu 

roślin, 

•• możliwość zagospodarowania ugorów i niektórych nieużytków, 

•• uniezależnienie gospodarstwa od dostaw energii z zewnątrz, co znacząca obniża 

koszty jego eksploatacji, 

•• możliwość pozyskania dopłaty unijnej do produkcji, 

•• słoma jako produkt uboczny również może być wykorzystana jako paliwo. 

Dużym problemem przechowalniczym ziaren energetycznych mogą być gryzonie 

i insekty. Do innych wad spalania ziaren zaliczyć należy stosunkowo wysoki koszt kotła, 

ponieważ wymaga on wyposażenia w specjalistyczny palnik. Niektórzy producenci kotłów 

twierdzą, że w kotłach na pelety i zrębki można również spalać ziarna co nie do końca 

jest prawdą. Owies czy kukurydza wymagają innej ilości powietrza i innej temperatury 

spalania niż pelety. Za to specjalny palnik można podłączyć do kotła na paliwa stałe, 

w tym na węgiel. Ziarno podawane jest do palnika za pomocą podajnika w ilościach, 

gwarantujących jego stały poziom w komorze buforowej. Z komory buforowej owies 

jest transportowany do komory spalania, połączonej z wentylatorem wdmuchującym 

powietrze. Dzięki odpowiedniej konstrukcji urządzenia spalanie biomasy jest dokładne, 

a w popiele nie znajdują się niedopalone resztki. Ważnym jest by urządzenia spalające 

były zaopatrzone w system zabezpieczeń awaryjnych, gwarantujących automatyczne 

wyłączenie palnika w przypadku wystąpienia jakiejkolwiek awarii. 

Przy obecnej relacji ceny energii i zbóż w Polsce technologia ta wydaje się opłacalna. 

Wzrost cen zboża w Polsce raczej nie nastąpi szybko, stąd też wdrażanie spalania ziarna 

w kraju jest przedsięwzięciem perspektywicznym. 

V. UWAGI KOŃCOWE 

Wdrażanie technik spalania biomasy, ze względu na kurczące się zasoby paliw 

kopalnych jest preferowanym rozwiązaniem alternatywnym. Co prawda z ekonomicznego 

punktu widzenia nie jest to proces bardzo opłacalny, lecz za stosowaniem takich paliw 

przemawiają względy ekologiczne i społeczne. 

94


LITERATURA 

[1] BŁASZCZOK M.: Ziarna energetyczne. Praca dyplomowa magisterska, 

Politechnika Opolska, 2008 

[2] Encyklopedia Naukowa PWN. Wyd. PWN, Warszawa, 2008 

[3] Informacja Biura Prasowego Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi. www.minrol. 

gov.pl 

[4] KOWALCZYK – JUŚKO A.: Owies nie tylko dla konia. Czysta Energia, nr 1, 

2006 

[5] Sposób wytwarzania paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków i układ do 

wytwarzania paliwa z osadów z oczyszczalni ścieków. Patent nr 201 813 autorstwa M. 

Wzorek i L. Troniewskiego z Politechniki Opolskiej oraz J. Dudy z Instytutu Szkła, 

Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych w Warszawie, Oddział w Opolu. 

Biuletyn Urzędu Patentowego, nr 11, 2005 

[6] Uprawa roślin na potrzeby energetyki. Poradnik. Wyd. PKPP Lewiatan przy 

współpracy Vattenfall Heat Poland, Warszawa, 2009 

[7] www.biomasa.org.pl 

[8] WZOREK M.: Energetyczne wykorzystanie osadów ściekowych. Praca doktorska, 

Politechnika Opolska, Opole, 2004 

Autor artykułu pragnie bardzo serdecznie podziękować 

Regionalnej Agencji Poszanowania Energii w Opolu za możliwość 

odbycia stażu przemysłowego w ramach programu unijnego 

„Przedsiębiorczy naukowiec”, realizowanego przez Akademicki 

Inkubator Przedsiębiorczości Politechniki Opolskiej. 

95

Rozdział 

Dominika Matuszek 1 , Anna Mękal 2 

1 


e-mail: d.matuszek@po.opole.pl 

2 

Blattin Polska Sp. z.o.o., 

ul. Ciepłownicza 7, Schodnia, 46-040 Ozimek 

STRESZCZENIE: 

Technologia produkcji pasz 

w opolskiej wytwórni 

Praca przedstawia zagadnienia technologii produkcji pasz w wybranej wytwórni 

w województwie opolskim. Opracowanie przedstawia poszczególne etapy produkcji 

mieszanek paszowych od momentu przyjęcia surowców poprzez ich wykorzystanie 

w kolejnych procesach produkcyjnych do momentu magazynowania oraz ekspedycji. 

Przedstawiono także problemy pojawiające się podczas eksploatacji maszyn i urządzeń 

stanowiących wyposażenie mieszalni. 

ABSTRACT: 

This paper presents the issues about the technology of fodders production in chosen 

manufacturing company in the Opole province. Study introduces the individual stages 

of the fodder blends production from the moment of accepting raw materials next using 

them in consecutive processes of production for the moment of storing and expedition. In 

this paper the problems appearing during use of machines and devices which are making 

the equipment of fodder factory were presented. 

I. WSTĘP 

Rozwój produkcji zwierzęcej uwarunkowany jest produkcją pasz w ogóle, ale racjonalne 

żywienie zwierząt zależy głównie od właściwego doboru pasz [1]. 

Specyfika wytwórni pasz polega na tym, że znaczną cześć jej pomieszczeń produkcyjnych 

zajmują maszyny i urządzenia transportowe, a sam proces produkcji mieszanek prowadzony 

jest przez kilka lub kilkanaście maszyn, wmontowanych w ciągi transportowe. Zatem 

istotnym elementem ciągłości produkcji jest zapewnienie odpowiedniego wyposażania 

zakładu w urządzenia transportowe i rozładunkowo-załadunkowe [1]. 

97


Integralną częścią technologii produkcji mieszanek paszowych warunkującym jakość 

produktu finalnego jest proces mieszania. Bez dobrego wymieszania poszczególnych 

surowców otrzyma się tylko niejednorodną mieszaninę. Każdy kilogram takiej mieszanki 

będzie miał wówczas inną wartość pokarmową [2]. Problemy pojawiające się w praktycznym 

użytkowaniu mieszalników wiążą się między innymi z różnorodnością mieszanych 

komponentów. Mieszanki paszowe stanowią wieloskładnikowe niejednorodne układy, 

produkcji którym powszechnie towarzyszy zjawisko segregacji [3]. 

Magazynowanie surowców biologicznie czynnych musi być prowadzone w sposób 

gwarantujący zachowanie ich jakości. Jednym z ważniejszych urządzeń w mieszalni pasz 

są silosy pełniące funkcję magazynów, zajmujące niejednokrotnie znaczne powierzchnie 

zakładowe. Eksploatacja silosów wymaga stałego nadzoru i wiąże się często z problemami 

wynikającymi ze specyfiki składowanych w nich surowców [4]. 

Mieszanki paszowe, zwane paszami przemysłowymi, produkowane są w przemyśle 

oraz w gospodarstwach rolnych. Do produkcji, których często stosowane są dodatki, takie 

jak superkoncentraty, koncentraty oraz tzw. premiksy (mieszanki witaminowo-mineralne). 

Służy to spełnieniu wymagań żywieniowych poszczególnych gatunków zwierząt w danym 

okresie rozwoju. Żywienie jest najbardziej efektywnym narzędziem sterowania wzrostem 

i rozwojem, budową ciała zwierząt, wskaźnikami reprodukcyjności, zdrowiem, a także 

jakością produktu końcowego. Przez precyzyjne bilansowanie składników pokarmowych 

(węglowodany, białka, tłuszcze, składniki mineralne, witaminy i woda) oraz rozważenie 

ich dostępności dla zwierząt, realnie można zmniejszyć wydalanie niekorzystnych 

składników pokarmowych, jak i niekorzystne oddziaływanie na środowisko wynikające 

z prowadzenia produkcji zwierzęcej [5]. 

II. TECHNOLOGIA PRODUKCJI MIESZANEK PASZOWYCH 

W OPOLSKIEJ WYTWÓRNI 

Wytwórnia pasz stanowiąca obiekt prezentowanej pracy posiada w pełni wyposażoną 

halę produkcyjną, silosy zewnętrzne, magazyn oraz pomieszczenia biurowe i socjalne. 

Grupy produktów paszowych powstających w wytwórni stanowią: 

—— mieszanki dla drobiu, 

—— mieszanki dla bydła, 

—— mieszanki dla cieląt, 

—— mieszanki dla trzody chlewnej, 

—— mieszanki uzupełniające – koncentraty. 

98

Rozdział 12: Technologia produkcji pasz w opolskiej wytwórni 

Technologia produkcji mieszanek paszowych prowadzona jest wg schematu przedstawionego 

na rys. 1. 

Rys. 1. Schemat linii technologicznej w mieszalni pasz [opracowanie własne] 

Poszczególne etapy procesu przedstawiają się następująco: 

1. Dostawa surowców 

Przyjęcie surowców luzem lub zapakowanych w workach odbywa się w punkcie 

przyjęcia, gdzie prowadzony jest odbiór jakościowy i ilościowy. Masa ziaren określana jest 

za pomocą wagi pomostowej najazdowej. Na podstawie pobranych próbek dostarczonego 

ziarna określane są podstawowe cechy jakościowe jak: wilgotność, czystość, gęstość, 

masa 1000 ziaren oraz temperatura ziarna. Surowce są przyjmowane pod warunkiem 

spełnienia wymagań jakościowych, ocenianych na podstawie analiz prowadzonych 

w punkcie przyjęcia. Dodatkowo prowadzona jest weryfikacja dostawców. Surowce 

luzem rozładowywane są na kosz zasypowy, skąd transportowane są przenośnikami 

kubełkowymi do odpowiednich silosów. Dodatkowo transport wewnątrzzakładowy 

prowadzony jest w sposób pneumatyczny. 

2. Magazynowanie surowców 

Magazynowanie surowców odbywa się w silosach (rys. 2) oraz w opakowaniach 

jednostkowych składowanych w magazynach. Przechowywanie prowadzone jest w sposób 

zapewniający możliwość dalszej obróbki produktów. 

99


Rys. 2. Silosy do magazynowania surowców [opracowanie własne] 

3. Mieszanie 

Proces mieszania prowadzony jest w poziomym mieszalniku z mieszadłem wstęgowym 

o pojemności 2 ton (rys. 3). Proces mieszania sterowany jest za pomocą odpowiedniego 

oprogramowania. Aplikacja komputerowa pozwala na zadanie określonej receptury 

mieszanki i ilości poszczególnych jej surowców, następnie rozpoczęcie procesu naważania 

oraz sam proces mieszania. Czas mieszania ustalany jest przez kierownika produkcji 

i zadawany do sterownika obsługującego linię technologiczną. Zaletą tego mieszalnika 

jest krótki czas prowadzenia procesu mieszania oraz wysoka wydajność. Do mieszalnika 

podawane są w pierwszej kolejności surowce pochodzenia rolniczego, a następnie dodatki 

jak: woda, kwas, dodatki witaminowe itp. Część surowców poddawanych jest procesowi 

mielenia przed wprowadzeniem do mieszalnika. Czas mieszania ustalany jest od momentu 

wprowadzenia pierwszych surowców. 

Proces mieszania materiałów sypkich jest zjawiskiem wielowymiarowym i nadal nie 

w pełni poznanym. Zatem możliwość prowadzenia analizy tego procesu w warunkach 

przemysłowych może stanowić wartościową pracę i z pewnością będzie obiektem dalszych 

badań naukowych. 

100


Rys. 3. Mieszalnik poziomy z mieszadłem wstęgowym [opracowanie własne] 

4. Dodatki 

Do mieszalnika dozowane są mikronaważki ściśle z określoną recepturą przedmieszki. 

Dodawane są surowce, które dostarczono do mieszalni w workach. 

5. Granulacja 

Proces polegający na specjalnym kształtowaniu materiału w wyniku przeciskania 

przez matrycę przy udziale pary wodnej, w wyniku czego otrzymuje się granulat. Proces 

granulacji podlega zdalnemu sterowaniu. Silos z mieszanką paszową znajdujący się 

nad granulatorem wyposażony jest w tzw. elektryczny młotek. Młotek ten włącza się 

automatycznie w końcowym etapie opróżniania silosu, wykonując dziesięć uderzeń 

w ściankę zbiornika. Zastosowanie tego urządzenia pozwala na eliminację zjawiska 

zawieszania się materiału na otworem wylotowym silosu. 

101


Rys. 4. Granulator [opracowanie własne] 

6. Produkt gotowy 

Produkt gotowy stanowią mieszanki paszowe pełnoporcjowe oraz mieszanki uzupełniające 

– koncentraty. W zależności od zamówienia, produkt gotowy jest transportowany do 

silosu ekspedycyjnego lub silosu znajdującego się nad wagopakowarką, gdzie następnie 

poddawany jest pakowaniu w worki o pojemności 25 lub 50 kg. 

7. Magazynowanie 

Produkt gotowy przechowywany jest w opakowaniach jednostkowych w magazynie 

zapewniającym odpowiednią temperaturę i wilgotność lub w silosach ekspedycyjnych 

(rys. 5) na produkty gotowe w odpowiedniej wilgotności nie przekraczającej 14%. 

Podczas opróżniania silosów z surowców pojawia się niejednokrotnie problem polegający 

na zawieszaniu się materiału w części stożkowej, co wymaga interwencji pracownika. 

Zjawisko to często towarzyszy eksploatacji silosów. W praktyce są już stosowane metody 

pozwalające na poprawę ich funkcjonowania. Ten etap procesu produkcyjnego z pewnością 

będzie stanowić element zainteresowania ze strony pracownika naukowego. 

102


Rys. 5. Silosy ekspedycyjne [opracowanie własne] 

8. Porcjowanie 

Porcjowanie odbywa się na linii do pakowania. Produkt gotowy pakowany jest 

w opakowania jednostkowe 25 kilogramowe (głównie koncentraty) oraz 50 kilogramowe 

(głównie pasze), lub transportowany do zbiornika przeznaczonego na wyrób gotowy 

(silos). 

9. Odpady 

Podczas pakowania powstają odpady poprodukcyjne zwane zmiotkami (niewielkie 

ilości). Gromadzi się je w odpowiednio oznakowanym i przeznaczonym do tego celu 

pojemniku, a następnie usuwa do kontenera z odpadami stałymi. 

10. Dystrybucja 

Produkty gotowe dystrybuowane są własnym transportem (samochód ciężarowy typu 

beczkowóz) lub transportem zewnętrznym. 

Poszczególne etapy procesu technologicznego są sterowane komputerowo 

(rys. 6). W mieszalni zainstalowane jest odpowiednie oprogramowanie pozwalające na 

nadzorowanie i sterowanie urządzeniami i maszynami pracującymi w hali produkcyjnej. 

Sterowaniu podlegają urządzenia oraz procesy: transportu surowców, ważenia, mieszania 

oraz granulacji, co znacznie usprawnia pracę mieszalni. Dodatkowym elementem 

udoskonalającym funkcjonowanie wytwórni jest interaktywne prowadzenie rozliczeń 

produkcji oraz bilansowanie składu pasz za pomocą aplikacji komputerowych. 

103


Rys. 6. Pomieszczenie sterowni (opracowanie własne) 

Rozporządzenie (WE) nr 183/2005 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 12 stycznia 

2005 wymaga zapewnienia wysokiego poziomu ochrony konsumentów w zakresie 

bezpieczeństwa żywności i pasz nakładając na producentów pasz obowiązek wdrożenia 

i utrzymywania systemu HACCP. System HACCAP, który wdrożono w wytwórni pasz, 

stanowi zbiór instrukcji i procedur zapewniających sprawne funkcjonowanie zakładu 

pod względem zachowania bezpieczeństwa zdrowotnego. 

III. WNIOSKI 

•• Nowoczesne rozwiązania zastosowane w mieszalni pasz pozwalają na znaczne 

usprawnienie funkcjonowania linii technologicznej poprzez możliwość stałego 

monitorowania pracy urządzeń i maszyn zainstalowanych w hali produkcyjnej. 

•• Zapoznanie się z praktyczną stroną pracy mieszalni pasz stanowi bardzo cenny 

element rozwoju naukowego. 

•• Trzymiesięczny staż pozwolił, także na dostrzeżenie pewnych problemów 

wynikających z pracy mieszalni, co może stanowić element godny zainteresowania 

i poszukiwania rozwiązań optymalizujących eksploatację urządzeń technologicznych 

wytwórni pasz. 

104


IV. LITERATURA 

[1] GROCHOWICZ J.: Technologia produkcji mieszanek paszowych, Państwowe 

Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1996 

[2] LEROH R.: Anatomia mieszania, Farmer 17/2008, Portal nowoczesnego rolnika, 

dostęp on-line http://www.farmer.pl/srodki-produkcji/pasze-zywienie/anatomia_ 

mieszania,a198e4359a3b7d6574e0.html dnia 26.06.2009 

[3] BOSS J.: Mieszanie materiałów ziarnistych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 

Warszawa 1987 

[4] SZYSZŁO J.: Techniki i technologie w przechowalnictwie zbóż, IBMER, 

Warszawa 2002 

[5] JAMRÓZ D. (red.).: Żywienie zwierząt i paszoznawstwo. Fizjologiczne 

i biochemiczne podstawy żywienia zwierząt. PWN, Warszawa 2006 

105

Rozdział 

Dariusz Skoczylas 


e-mail: d.skoczylas@po.opole.pl 

Zasady projektowania i wytwarzania urządzeń 

i aparatury na przykładzie „Energomet” Sp. z o.o. 

STRESZCZENIE: 

W pracy przedstawiono sposób wytwarzania aparatury i urządzeń dla przemysłu 

energetycznego i chemicznego w Fabryce Aparatury i Urządzeń „Energomet” 

Sp. z o.o. w Opolu. Opracowanie to, ma służyć pomocą młodym inżynierom, przyszłym 

konstruktorom. 

ABSTRACT: 

In this paper the general rules of design and produce of equipment for chemical and 

power industry in ”Energomet” factory in city Opole was described. The work aims to 

support young constructors. 

I. WSTĘP 

Fabryka Aparatury i Urządzeń „Energomet” Sp. z o.o. w Opolu [1] (rys.1) jest 

zakładem wytwarzającym aparaty i urządzenia głównie dla przemysłu chemicznego 

i energetycznego. „Energomet” [1] specjalizuje się w wytwarzaniu zbiorników ciśnieniowych 

(rys. 2a), płaszczowo – rurowych wymienników ciepła (w tym kondensatorów dla bloków 

energetycznych (rys. 2b – wkład rurowy kondensatora)), reaktorów chemicznych, aparatów 

kolumnowych oraz wielkogabarytowych stalowych konstrukcji spawanych (korpusy turbin 

i generatorów, gondole siłowni wiatrowych). Jest zakładem wyposażonym w nowoczesny 

i szeroki park maszynowy dla tego typu produkcji, w tym: zwijarki do blach (maks. 

grubość blachy 120 mm przy szer. 3100 mm), wiertarki wielowrzecionowe sterowane 

numerycznie (głębokość wiercenia do 1100 mm), tokarki karuzelowe (maks, średnica 

toczenia 5200 mm), wiertarko-frezarki (maks. obszar roboczy: wysokość 4 m, długość 12 

m), urządzenia do spawania metodami: SMAW (Shielded Metal Arc Welding - spawanie 

łukowe elektrodą metalową), GMAW (Gas Metal Arc Welding - spawanie łukowe przy 

zastosowaniu ciągłej elektrody metalowej), GTAW zwanej również TIG (Gas Tungsten 

Arc Welding - spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego przy zastosowaniu nietopliwej 

107


elektrody wolframowej), SAW (Submerged Arc Welding – spawanie łukiem krytym). 

Zakład posiada również dwa piece do obróbki cieplnej o wymiarach załadowczych 

7x5x11 m i 5x5x17 m oraz maks. temperaturze wygrzewania do 1000 o C. 

Rys. 1. Fabryka Aparatury i Urządzeń „Energomet”[1] 

Rys. 2. Wyroby Fabryki Aparatury i Urządzeń „Energomet”[1]: 

a) zbiornik ciśnieniowy, b) wkład rurowy kondensatora 

Fabryka Aparatury i Urządzeń „Energomet” w Opolu [1] jest posiadaczem 

następujących certyfikatów: PN-EN ISO 9001:2001 [2], TÜV [3], AD-Merkblatt HP 

0/DIN EN 729-3 [4], SLV (SchweiBtechnische Lehr-und Versuchsanstalt) Grosser 

Eignungschweis (DIN 18 800-7, DIN 1501) – Niemieckie Świadectwo Spawalnicze, 

UDT, ASME STAMP „S” i „U”. 

II. DZIAŁ HANDLOWY 

Dział Handlowy (Dział Handlowy „Energometu” zlokalizowany jest w siedzibie 

grupy „FAMET”, do której należy „Energomet”) po otrzymaniu zlecenia wykonania 

aparatury lub urządzenia i po analizie możliwości i zdolności produkcyjnych zakładu, 

opracowuje Arkusz Otwarcia Zlecenia (AOZ). Osoba, która opracowuje AOZ nazwana 

jest Kierownikiem Projektu. 

Arkusz Otwarcia Zlecenia zawiera następujące informacje: 

Numer Zlec 

1. enia. 

Nazwę Klienta. 

Numer zamówienia Klienta. 

108

Rozdział 13: Zasady projektowania i wytwarzania urządzeń i aparatury na przykładzie firmy „Energomet” 

2. 

3. 

4. 

Przedmiot zamówienia np. wykonanie 1 sztuki stacji odgazowania wody. 

Zakres prac dla wytwórcy. 

Warunki techniczne wykonania. 

W tym punkcie precyzuje się: 

•• według jakich przepisów i według jakiej dokumentacji i zgodnie z jakimi 

przepisami (np.: PED 97/23/WE [5], EN 13 445 [6]) będą wykonywane 

urządzenia, 

•• jakiej inspekcji i odbiorowi podlegają urządzenia. 

Arkusz Otwarcia Zlecenia precyzuje dodatkowo: 

•• w jaki sposób zostanie zrealizowana dostawa do klienta, 

•• w jaki sposób przebiegać będzie realizacja zamówienia (np. według 

Harmonogramu Produkcji i Dostaw), 

•• kto zabezpiecza materiały i elementy do wykonania, 

•• jaki jest termin dostawy, 

•• załączniki (Harmonogramu Produkcji i Dostaw). 

W AOZ precyzuje się w jednoznaczny sposób wszystkie ważne informacje, które 

mają zastosowanie. 

III. BIURO PROJEKTOWE 

Biuro Projektowe należące do grupy „FAMET” wykonuje projekty urządzeń 

ciśnieniowych i bezciśnieniowych na podstawie założeń technicznych zleceniodawcy. 

Wszystkie projekty konstrukcyjne wykonywane są według PN-EN 13445 [6], WUDT/ 

UC/2003 [7], ASME Section I (kotły), ASME VIII Div. 1 (urządzenia ciśnieniowe), 

AD–Merkblatt [4], TEMA [8] w połączeniu z wymogami normy ASME. Dla produkcji 

na rynek europejski wymagane jest wykonanie zgodnie z Dyrektywą 97/23/WE. 

Dokumentacja Techniczna zatwierdzana jest przez Jednostkę Notyfikowaną np.: UDT, 

TÜV[3] lub Lloyd’s Register [9]. Znak CE (deklaracja producenta, że produkt nie zagraża 

zdrowiu, ani nie jest szkodliwy w postaci gotowej oraz na każdym etapie wytwarzania) 

umieszczony na wyrobie wskazuje, że jest on wykonany zgodnie z europejskimi normami. 

W procesie projektowania wykorzystane są programy komputerowe. Biuro projektowe 

tworzy również oferty dla przyszłych zleceniodawców. 

IV. ZESPÓŁ OPRACOWAŃ KONSTRUKCYJNYCH 

I MATERIAŁOWYCH 

W dziale opracowań konstrukcyjnych i materiałowych (dział technicznego przygotowania 

produkcji) adaptuje się dokumentację techniczną przekazaną przez zamawiającego. 

Polega to na przystosowaniu dokumentacji dla potrzeb warsztatu. W tym dziale następuje 

sprawdzenie kompletności dokumentacji dla potrzeb produkcji oraz jej dystrybucja według 

wykazu: Zespół Opracowań Technologicznych, Zespół Opracowań Konstrukcyjnych 

i Materiałowych, Zespół Opracowań Spawalniczych. Komórka ta opracowuje również: 

109


wykaz badań nieniszczących, wykaz tolerancji, instrukcje zabezpieczeń antykorozyjnych, 

szkice koniecznych detali dla warsztatu, specyfikację wysyłkową i listy wysyłkowe oraz 

wykaz materiałów potrzebnych do wykonania zlecenia. Dział ten rozwiązuje problemy 

warsztatowe oraz konsultuje się ze zleceniodawcą w sprawie zmian w dokumentacji 

technicznej. 

V. ZESPÓŁ OPRACOWAŃ TECHNOLOGICZNYCH 

(DZIAŁ TECHNOLOGICZNY) 

W dziale technologicznym (dział technicznego przygotowania produkcji) dla 

dokumentacji opracowuje się: 

•• Karty technologiczne 

Karta technologiczna jest instrukcją, w której rozpisany jest proces technologiczny 

na operacje wraz z kalkulacją czasu. Karta technologiczna zawiera między innymi: 

przedmiot czynności wraz z numerem pozycji (nr rysunku), nazwę (gatunek) 

materiału, wymagania materiałowe, ilość sztuk, ilość wyrobów, czas przygotowawczozakończeniowy, 

czas jednostkowy. Karta technologiczna określa nawet warunki 

BHP na stanowisku, które muszą być spełnione podczas wykonania operacji. 

•• Karty technologiczne montażowe 

Karta technologiczna montażowa opisuje kolejność montowania detali oraz 

wykonania spoin wraz z kalkulacją czasu. 

•• Instrukcje wykonania 

Instrukcje wykonania są instrukcjami specjalnymi, adresowanymi tylko dla danego 

zlecenia, na przykład: instrukcja obróbki cieplnej (jeżeli występuje), oprzyrządowanie 

w celu wykonania detali, podzespołów i montażu końcowego. 

•• Materiały spawalnicze 

W dziale technologicznym zlicza się ilość i opracowuje rodzaj materiałów 

spawalniczych, które zostaną użyte do wykonania zlecenia. 

Dział ten monitoruje produkcję, rozwiązuje problemy warsztatowe oraz przygotowuje 

zgłoszenia elementów do wykonania w kooperacji. 

VI. DZIAŁ SPAWALNICZY 

W dziale spawalniczym dla dokumentacji opracowuje się technologie spawania 

tworząc opracowania spawalnicze w postaci instrukcji. Są to tzw. WPS-y (Welding 

Procedure Specification). WPS jest dokumentem (instrukcją), który pokazuje w jaki sposób 

ma być wykonane spawanie złączy podczas produkcji. WPS-y są rekomendowane dla 

wszystkich operacji spawania i wymagane wieloma przepisami i standardami. WPS-y 

zawierają informacje na temat: metody spawania złącza oznaczonego numerem (Weld 

Procedure Number), materiału podstawowego, rodzaju i wielkości połączenia, rodzaju 

i jakości spoiwa, pozycji i techniki spawania, rodzaju użytych gazów, szybkości spawania, 

sposobu przygotowania materiału, itp. Czasami w opracowaniach spawalniczych podaje 

się również procedurę obróbki cieplnej po spawaniu. Instrukcje WPS tworzone są na 

podstawie procedur spawania: PQR (Procedure Qualification Record), WPQR (Welding 

110

Rozdział 13: Zasady projektowania i wytwarzania urządzeń i aparatury na przykładzie firmy „Energomet” 

Procedure Qualification Record), WPAR (Welding Procedure Approval Record). Jednostka 

Notyfikująca (np.: UDT, TÜV, SLV) uprawnia zakład do procedur spawania: PQR, WPQR 

lub WPAR. Dokument (instrukcja) WPS jest więc aplikacją PQR-u, WPQR-u lub WPAR-u. 

Dział odpowiedzialny jest również za kwalifikowanie spawaczy i operatorów. 

VII. PRODUKCJA 

Dział Produkcyjny składa się z Wydziału Przygotowania Produkcji i Wydziału 

Montażu. Wydział Przygotowania Produkcji ma za zadanie przygotować elementy do 

montażu. Na tym wydziale wykonywane są następujące czynności: pobranie materiału 

z magazynu, wypalanie, podginanie, wiercenie, zwijanie, itp. Następnie Kontrola Jakości 

przystępuje do odbioru międzyoperacyjnego detali. Po odbiorze zostają one zwolnione do 

dalszej produkcji. W razie stwierdzenia przez Kontrolę Jakości niezgodności, wystawia 

ona kartę niezgodności. Karta niezgodności jest opiniowana przez działy: technologiczny, 

konstruktorski, spawalniczy, a nawet zaopatrzenia (jeżeli materiał miał wady ukryte, 

stwierdzone podczas produkcji). Po konsultacji kierownik Kontroli Jakości podejmuje decyzje 

o złomowaniu, naprawie lub dopuszczeniu do produkcji. Kontrola Jakości bada również 

elementy wykonane w kooperacji. Jeżeli materiał jest pozbawiony wad i przygotowany 

prawidłowo, to jest kierowany na Wydział Montażu, gdzie są montowane podzespoły 

i zespoły w całą konstrukcję. W międzyczasie wykonane spoiny są poddawane badaniom: 

wizualnym, ultradźwiękowym, rentgenowskim, magnetyczno-proszkowym. W zależności 

od wymagań badania te są przeprowadzone w czasie wskazanym przez technologa. 

Odbiór końcowy zmontowanych elementów przeprowadza się na wydziale, gdzie wyrób 

poddaje się próbom (ciśnieniowa, ruchowa) według dokumentacji technicznej. Odbiór 

końcowy przeprowadza Kontrola Jakości. Po pozytywnych badaniach przygotowuje ona 

paszport urządzenia. Kontrola Jakości kompletuje dokumentację koncesyjną (obliczenia, 

rysunki, wymagania dodatkowe – wymagania klienta, specyfikacje) zatwierdzoną przez 

Jednostkę Notyfikowaną, na przykład UDT, dołącza protokoły badań oraz protokoły 

pomiarowe (wymiary rzeczywiste). Po wszystkich badaniach urządzenie jest zabezpieczane 

antykorozyjnie, konserwowane, malowane i przygotowane do wysyłki. Przygotowane są 

specjalne listy wysyłkowe, a wysyłką pod wskazany adres zajmuje się spedycja. 

Przy próbach ciśnieniowych i odbiorach końcowych bierze udział inspektor Jednostki 

Notyfikowanej. 

VIII. PODSUMOWANIE 

W pracy przedstawiono ogólne zasady projektowania i wytwarzania aparatury i urządzeń 

przemysłu chemicznego, energetycznego i spożywczego. Na przykładzie wybranego 

zakładu branży mechanicznej przedstawiono w sposób skrótowy pracę podstawowych 

(wybranych) działów zakładów tego typu. Proces technologiczny wytwarzania aparatów 

i urządzeń ciśnieniowych musi spełniać na każdym etapie produkcji wiele przepisów 

i warunków, które gwarantują całkowite bezpieczeństwo wyrobu. W poszczególnych 

zakładach tego typu schemat organizacyjny i zakres obowiązków poszczególnych działów 

może się nieco różnić, lecz ogólne zasady wytwarzania urządzeń pozostają bez zmian. Dla 

zleceniodawcy ważne jest (oprócz ceny wyrobu, parku maszynowego wytwórcy, a co za 

111


tym idzie jakości wyrobów i możliwości produkcyjnych) jakie certyfikaty posiada dany 

zakład. Wysoko wykwalifikowana kadra (regularne szkolenia podnoszące kwalifikacje), 

certyfikaty, tradycja oraz park maszynowy, które posiada Fabryka Aparatury i Urządzeń 

„Energomet” Sp. z o.o. pozwalają stwierdzić, że firma jest w stanie wykonać każdy 

aparat i urządzenie tej branży z odpowiednio wysoką jakością. 

LITERATURA 

[1] Folder reklamowy Fabryki Aparatury i Urządzeń „Energomet” Sp. z o.o. 

[2] PN-EN ISO 9001:2001 - System zarządzania jakością 

[3] TÜV – Jednostka certyfikująca 

[4] AD-Merkblatt HP 0/DIN EN 729-3 – Certyfikat jakości prac spawalniczych za 

zgodność z DIN EN 729-3 według przepisów AD 2000 Merkblatt HP 0 wydany przez 

TÜV 

[5] Dyrektywa 97/23/WE (PED) – Dyrektywa dotycząca urządzeń ciśnieniowych 

(Pressure Equipment Directive) 

[6] PN-EN 13 445 – Nieogrzewane płomieniami zbiorniki ciśnieniowe 

[7] WUDT/UC/2003 – Warunki Urzędu Dozoru Technicznego dla urządzeń 

ciśnieniowych 

[8] TEMA (Tubular Exchanger Manufactures Association) – Normy Stowarzyszenia 

Producentów Rurowych Wymienników Ciepła 

[9] Lloyd’s Register – Jednostka certyfikująca 

112

Rozdział 

Mariusz Tańczuk 

Politechnika Opolska, ul. S. Mikołajczyka 5, 45‐271 Opole 

e-mail: m.tanczuk@po.opole.pl 

Możliwości uzyskania oszczędności finansowych 

poprzez kontrolę strat energetycznych 

w procesie produkcji i przesyłu ciepła sieciowego 

STRESZCZENIE: 

W pracy przedstawiono opis wybranych trzech słabych punktów w procesie produkcji 

i przesyłu ciepła sieciowego: stratę energii chemicznej paliwa w postaci kominowej straty 

ciepła, stratę wynikającą ze zbyt dużej mocy pracujących urządzeń elektrycznych oraz 

stratę nośnika ciepła – wody sieciowej. Zaproponowano metodologię i algorytm służący 

do wyznaczania oszczędności finansowych wynikających z ograniczania strat energii 

oraz przedstawiono próbę jego implementacji do istniejącego systemu monitoringu pracy 

źródeł ciepła w Energetyce Cieplnej Opolszczyzny SA. 

ABSTRACT: 

Description of chosen losses of energy and energy carrier of municipal heat generating 

systems has been described in the paper as fallows: chimney chemical energy losses, losses 

of electricity and losses of water used as a heat carrier. The methodology and algorithm for 

deriving economical savings due to lowering energy losses has been presented as well as 

the results of its implementation to existing heat sources monitoring system in Energetyka 

Cieplna Opolszczyzny SA. 

113


I. 

WSTĘP 

W procesach energetycznego wykorzystania paliw, tylko część energii chemicznej 

zawartej w paliwie może być skutecznie odzyskana. Straty energii występują na wszystkich 

etapach przygotowania i wykorzystania (przetwarzania) paliwa. W przypadku produkcji 

ciepła w postaci gorącej wody dla potrzeb systemów ciepłowniczych, oprócz bezpośrednich 

strat energii chemicznej paliwa (straty w kotle), wyszczególnić można również straty 

wynikające z dużego zużycia energii elektryczne przez tzw. urządzenia pomocnicze, do 

których zalicza się: 

—— wentylatory (powietrza, spalin, młynowe i uszczelniające), 

—— pompy (zasilające i przewałowe), 

—— urządzenia do transportu i przygotowania paliwa (podajniki węgla, młyny), 

urządzenia do usuwania żużla i popiołu, urządzenia do odpylania spalin, aparaturę 

kontrolną i pomiarową oraz urządzenia do sterowania procesami w kotle, 

—— pompy wody sieciowej (obiegowe i cyrkulacyjne). 

Z przesyłem czynnika grzewczego w postaci strumienia gorącej wody związane są 

również ubytki samego nośnika ciepła wynikające z nieszczelności, awarii i kradzieży 

wody sieciowej. 

Niezależnie od rodzaju wspomnianych strat ich występowanie zawsze generuje 

policzalny strumień finansowy kosztów mający wpływ na całkowity koszt produkcji 

ciepła. Celowe jest więc zatem takie prowadzenie procesu produkcji i dystrybucji ciepła, 

aby ograniczać straty energii i nośnika, a przez to minimalizować koszty. 

W dalszej części pracy zaproponowano metodologię przeliczania ww. strat na koszty. 

Zbudowany algorytm może służyć do wyznaczania oszczędności finansowych, których 

osiągnięcie możliwe jest w przypadku podjęcia działań mających na celu ograniczania 

przedmiotowych strat. 

II. METODOLOGIA WYZNACZANIA OSZCZĘDNOŚCI 

FINANSOWYCH 

Straty objęte analizą, to straty kominowe, straty zużycia energii elektrycznej oraz straty 

wody w systemie (nośnika). Zbudowany algorytm wyznaczania oszczędności finansowych 

pobiera informacje o bieżących stratach wyliczanych dla danych warunków pracy systemu 

ciepłowniczego i odnosi je do wartości bazowych. W przypadku przekroczenia wartości 

bazowych, generowane są straty finansowe (ujemny strumień pieniężny), w przeciwnym 

razie występują oszczędności (dodatni strumień pieniędzy). Strumienie te następnie 

kumulowane są w czasie. 

II.1. Oszczędność finansowa ograniczania straty kominowej SKO 

Oszczędność finansowa SKO, to oszczędność wynikająca z ograniczenia straty zbyt 

wysokiej temperatury spalin w kominie (strat kominowych). 

Straty wylotowe (kominowe) S ko 

, są to straty ciepła unoszonego przez spaliny do 

otoczenia. Straty kominowe osiągają najwyższe wielkości w porównaniu do pozostałych 

114

Rozdział 14: Możliwości uzyskania oszczędności finansowych poprzez kontrolę strat energetycznych 

strat w kotle i mają decydujący wpływ na sprawność kotła. Wynoszą one od 6 do 25%. 

Oblicza się je ze wzoru [1, 2]: 

lub wzoru empirycznego Siegerta: 

S 

S 

ko 

=ν 

s 

c 

sp 

t 

( t ) s 

− t0 100 

Q 

s 0 

ko 

= αλ = α 

CO2 max 

gdzie: 

S ko 

- straty wylotowe (kominowe), %, 

ν s 

- objętość spalin z 1 kg paliwa, m 3 /kg, 

c sp 

- średnie ciepło właściwe spalin i powietrza w zakresie temperatur t s 

i t 0 

, 

t s 

- temperatura spalin opuszczających kocioł, o C, 

t 0 

- temperatura powietrza pobranego do spalania, o C, 

α - współczynnik zależny od zawartości wilgoci w paliwie i CO 2 

w spalinach (dla węgla 

kamiennego wynosi około 0,65), 

CO 2 

- zawartość dwutlenku węgla w spalinach, %, 

CO 2max 

- maksymalna zawartość dwutlenku węgla w spalinach, którą można wyznaczyć 

dla znanych udziałów masowych, %, 

λ - nadmiar powietrza określany na podstawie analizy chemicznej spalin, z wykresów 

lub wzorów empirycznych przy znanej zawartości tlenu w spalinach. 

W celu wyznaczania oszczędności finansowych, należy przyjąć określony poziom 

strat kominowych bazowych. Strata odniesienia (bazowa) zależy od rodzaju kotła oraz 

od jego obciążenia. Ilość ciepła tracona do otoczenia ze spalinami wynika również ze 

sposobu eksploatacji i parametrów eksploatacyjnych kotła. Daje to możliwość podjęcia 

określonych działań przez obsługę i generowania oszczędności. W przypadku systemów 

ciepłowniczych objętych opisywanym programem wyznaczania oszczędności, konieczne 

było znalezienie funkcji łączącej bazową stratę kominową z mocą kotłów występujących 

w poszczególnych źródłach ciepła. 

r 

− t 

ts 

− t 

CO 

2 

0 

(1) 

(2) 

115


Rysunek 1 pokazuje wartość straty kominowej w funkcji mocy kotła WR25 

zainstalowanego w ciepłowni w Opolu. 

17 

15 

Strata kominowa [%] 

13 

11 

9 

7 

y = 0,01x+12 

5 

3 

5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 

Moc kotła [MW] 

Rys. 1. Strata kominowa kotła WR23 w funkcji mocy kotła. 

Dla danych archiwalnych pokazanych na rysunku 1, wyznaczono linię trendu opisaną 

funkcją S koN 

= 0,01 ∙ Q +12. Pozwoliło to na uzależnienie bazowej straty kominowej od 

mocy kotła. Analogiczne funkcje wyznaczono dla wszystkich kotłów objętych programem 

oszczędnościowym. 

Oszczędność finansowa SKO wynikająca z obniżenia straty kominowej, wyznaczana 

jest z następującej zależności: 

SKO = a ⋅ ( S 

koN 

− S 

ko 

) ⋅ Qk 

⋅k 

GJ 

gdzie: 

a – współczynnik udziału w oszczędnościach służb eksploatacyjnych 

S ko 

– godzinowa strata kominowa, % 

S koN 

– bazowa strata kominowa odniesienia, % 

Q k 

– godzinowa ilość wyprodukowanego ciepła, GJ/h 

k GJ 

– koszt zmienny wyprodukowania 1 GJ ciepła, zł/GJ 

Jak widać z zależności (3) oszczędność SKO zależy od kosztów zmiennych produkcji 

wytworzonego ciepła oraz różnicy pomiędzy bazowymi stratami ciepła (odniesienia), 

a stratami bieżącymi. Przyjmując odpowiednie straty bazowe oraz koszty produkcji 

ciepła, można wyznaczać oszczędności dla dowolnych źródeł objętych systemem 

monitoringu. W analizowanym przypadku istniejący system monitoringu pracy źródeł 

ciepła rozbudowano o nakładkę nazwaną „SKARBONKA”, w której monitorowany 

(3) 

116


jest bieżący stan oszczędności SKO. Zrzut ekranu z omawianego systemu pokazano na 

rysunkach 2 i 3. 

Rys. 2. Zrzut ekranu modułu „SKARBONKA” w systemie monitoringu PRO-2000 dla źródła 

ciepła w ciepłowni Strzelce Opolskie 

Rys. 3. Zrzut ekranu modułu „SKARBONKA” w systemie monitoringu PRO-2000 dla źródła 

ciepła w ciepłowni Opole 

117


Na rysunku 4 zaprezentowano wyniki obliczeń, które przeprowadzono dla wybranych 

systemów ciepłowniczych. Wyznaczono możliwe do osiągnięcia oszczędności SKO 

w funkcji przyrostu straty kominowej ∆S ko 

= S koN 

- S ko 

. 

oszczędności SKO, , zł 

160 000 

140 000 

120 000 

100 000 

80 000 

60 000 

40 000 

20 000 

0 

-20 000 

-40 000 

Opole 

Kluczbork, Żary 

Strzelce Op., N. Sól 

Dębno 

Krapkowice 

Grodków 

Wolsztyn 

-60 000 

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 

Strata kominowa w odniesieniu do straty kominowej bazowej 

∆Sko , % 

∆S ko 

Rys. 4. Możliwe do osiągnięcia oszczędności w funkcji zmiany straty kominowej ∆S ko 

II.2. Oszczędność finansowa ograniczania zużycia prądu SEL 

Oszczędność finansowa SEL, to oszczędność wynikająca z ograniczenia zużycia 

energii elektrycznej w źródle ciepła. Ograniczenia dokonywać można na wiele możliwych 

sposobów, zarówno poprzez prace inwestycyjne jak i poprzez podjęcie odpowiednich 

działań związanych z eksploatacją źródeł. 

Dla celów modułu „SKARBONKA” oszczędność tę, stanowi zmniejszenie kosztów 

zakupu energii elektrycznej, której ilość wyznaczono na podstawie różnicy pomiędzy 

aktualnym wskaźnikiem zużycia energii na jednostkę wyprodukowanego ciepła, 

a wskaźnikiem odniesienia (bazowym) - zależność (4). 

SEL = a ⋅ ( eN 

− e) 

⋅Qk 

⋅k 

el 

(4) 

gdzie: 


e – wskaźnik zużycia energii elektrycznej, kWh/GJ 

e N 

– bazowy wskaźnik zużycia energii elektrycznej, kWh/GJ 

Q k 

– godzinowa ilość wyprodukowanego ciepła, GJ/h 

k el 

– koszt zakupu energii elektrycznej zł/kWh 

Wskaźnik bazowy e N 

należy przyjąć dla każdego źródła na podstawie analizy danych 

archiwalnych. Aktualny wskaźnik zużycia energii wprowadzany jest do obliczeń na 

podstawie pomiarów zużycia energii elektrycznej i ilości wyprodukowanego ciepła. 

118


Analogicznie jak w przypadku oszczędności SKO, oszczędność SEL wyznaczana 

jest w module „SKARBONKA” wprowadzonym do sytemu monitoringu źródeł ciepła 

PRO-2000. 

II.3. Oszczędność finansowa ograniczania ubytków wody sieciowej SUB 

Oszczędność finansowa SUB, to oszczędność wynikająca z ograniczenia straty ubytków 

wody sieciowej. Oszczędność tę można generować głównie poprzez odpowiedni nadzór 

nad pracą systemu ciepłowniczego, szybkie wykrywanie awarii oraz kradzieży zładu. 

Oszczędność SUB zależy wprost od kosztów zakupu i przygotowania wody, którą 

uzupełniany jest zład m.s.c. oraz różnicy pomiędzy bazowym zużyciem wody na 

uzupełnienie zładu (zużycie odniesienia), a zużyciem bieżącym. - zależność (5). 

SUB = a ⋅ ( G − G ) ⋅ k 

gdzie: 


G ub 

– dobowe ubytki wody sieciowej, m 3 /dobę 

G ubN 

– bazowe ubytki wody sieciowej (odniesienia), m 3 /dobę 

k w 

– koszt przygotowania wody sieciowej (zakup i uzdatnienie), zł/m 3 

ubN 

Bazowe ubytki zładu G ubN 

należy określić dla danego systemu ciepłowniczego na 

podstawie analizy danych archiwalnych. Wartość aktualnych dobowych ubytków wody 

sieciowej wprowadzana jest do obliczeń na podstawie pomiarów wody uzupełniającej 

zład (pomiar za pomocą wodomierzy impulsowych). 

Analogicznie jak w przypadku oszczędności SKO i SEL, oszczędność SUB wyznaczana 

jest za pomocą modułu „SKARBONKA” wprowadzonym do systemu monitoringu źródeł 

ciepła PRO-2000. 

uo 

w 

(5) 

III. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE 

Wartości oszczędności wyznaczanych zgodnie z przedstawionym wcześniej algorytmem 

należy wyświetlić służbom odpowiedzialnym za prowadzenie procesu eksploatacji 

w poszczególnych źródłach ciepła. W tym celu służbom eksploatacyjnym należało 

zapewnić stałe połączenie z Serwerem Przemysłowej Bazy Danych i umożliwić ciągły 

podgląd wartości obliczanych przez moduł „SKARBONKA”, a tym samym wpływanie 

na wielkość oszczędności. 

Na podstawie przeprowadzonych analiz i obserwacji działania wprowadzonego 

programu, można sformułować następujące wnioski końcowe: 

1) 

Opracowanie algorytmu i wprowadzenie go do systemu monitoringu pracy 

źródeł ciepła PRO-2000 umożliwiło kontrolę strat energii i nośnika ciepła 

oraz wpływania przez służby eksploatacyjne na wielkość generowanych 

oszczędności. 

119


2) 

3) 

Dla analizowanych strat największe oszczędności generowane są przez 

działania mające na celu ograniczenie straty kominowej (oszczędność 

SKO). 

Moduł „SKARBONKA” wprowadzony do systemu monitoringu i wizualizacji 

eksploatacji źródeł ciepła, stanowi środek motywacyjny zwiększający 

efektywność działań optymalizacyjnych służb eksploatacyjnych. 

III. LITERATURA 

[1] LAUDYN D., PAWLIK M., STRZELCZYK F., 1997, Elektrownie. WNT. 

[2] ZIÓŁKOWSKI R., 1974, Kotły parowe [W:] Poradnik termoenergetyka. WNT. 

Warszawa. 

120

Rozdział 

Fotorelacja ze staży 

121

Aleksandra Zygmunt 

– staż w firmie 

„Nutricia” Sp. z o.o. 

„…Uczestnictwo w stażu umożliwiło 

mi weryfikację posiadanej wiedzy 

teoretycznej z zakresu sprawozdawczości 

finansowej oraz finansów z rzeczywistością 

gospodarczą. Ponadto, 

pozwoliło na konfrontację dotychczasowych 

przemyśleń naukowych oraz 

uzyskanych wyników badań, a także 

umożliwiło poszukiwanie nowych 

tematów badawczych…” 

Justyna Zygmunt 

– staż w firmie ECO S.A. 

„…Uczestnictwo w stażu pozwoliło 

mi na poznanie w praktyce aspektów 

związanych z tematyką prowadzonych 

przeze mnie zajęć dydaktycznych 

oraz realizowanych badań naukowych. 

Stanowiło dla mnie również 

doskonałe podłoże do zdobycia nowej 

wiedzy i poszerzenia posiadanych 

umiejętności…” 

Grzegorz Nowosielski, 

Grzegorz Borsuk 


Cementownia Odra S.A. 

„…Staż był dla mnie możliwością 

poznania dużego przedsiębiorstwa 

i praktycznych aspektów pracy urządzeń 

w transporcie pneumatycznym. Zdobyte 

doświadczenie zostanie wykorzystane 

w dydaktyce – G. N. 

Udział w stażu pozwolił na rozszerzenie 

wiedzy teoretycznej na temat transportu 

pneumatycznego o część praktyczną 

poprzez poznanie rzeczywistego obiektu 

przemysłowego – G. B.…” 

123

Małgorzata Płaczek 


„Nutricia” Sp. z o.o. 

„…Do korzyści wynikających z udziału 

w stażu mogę zaliczyć przede wszystkim 

poznanie aktualnych potrzeb 

przedsiębiorcy w zakresie tematyki 

badawczej związanej z przemysłowymi 

procesami produkcyjnymi, a także 

nawiązanie cennych kontaktów 

koleżeńskich i zawodowych. 

Wiedza i zdobyte doświadczenie 

praktyczne odnośnie prowadzenia 

procesów produkcyjnych, wykorzystywanego 

sprzętu i aparatury, 

a także rozwiązywania pojawiających 

się w trakcie produkcji problemów 

technologicznych, niewątpliwie przyczynią 

się do podniesienia jakości 

merytorycznej prowadzonych przeze 

mnie zajęć dydaktycznych…” 

Robert Bański 

– staż w firmie „Explomet” S.C. 

„…Lepsze zrozumienie oczekiwań 

ze strony zakładu produkcyjnego 

w stosunku do badań prowadzonych 

przez środowisko akademickie. 

Opracowanie szeregu tematów prac 

dyplomowych. Sprecyzowanie przyszłej 

tematyki badawczej w ramach 

pracy habilitacyjnej…” 

124

Rozdział 15: Fotorelacja ze staży 

Mariusz Prażmowski 

- staż w firmie „Explomet” S.C. 

„…Dzięki realizacji stażu w firmie 

„Explomet” miałem możliwość 

zapoznania się ze sposobem funkcjonowania 

mikro przedsiębiorstwa. 

Staż umożliwił mi między innymi 

udział w pracach poligonowych, 

a tym samym uzyskanie pewnej wiedzy 

praktycznej…” 

Andrzej Bieniek 


Auto Power Electronic 

„…Zdobycie doświadczenia przy 

projektowaniu i badaniu działania 

elementów osprzętu silnika spalinowego. 

Uczestnictwo w spotkaniach 

z partnerami produkującymi osprzęt 

silnika Spalinowego ZS i sprzęt 

rolniczy…” 

Jacek Korniak 

– staż w firmie „Małapanew” 

Maszyny i Konstrukcje Sp. z o.o. 

„…Zapoznanie się z metodologią 

i realizacją pomiarów elementów 

obrabianych. Uczestniczyłem w szkoleniu 

z zakresu systemu informatycznego 

dotyczącego oprogramowania 

biznesowego do celów uproszczenia 

i przyspieszenia wdrażania produkcji…” 

125


Artur Smolczyk 

– staż w firmie Atmoterm S.A. 

„…Staż pozwolił mi na znalezienie 

nowej tematyki badań naukowych oraz 

wielu przykładów do wykorzystania 

w dydaktyce jak i pomysłów na tematy 

prac dyplomowych…” 

Norbert Szmolke 


RAPE Opole Sp. z o.o. 

„…Staż pozwolił mi na poznanie 

współczesnych technologii spalania 

biomasy od strony praktycznej… 

Zebranie materiałów do pracy dydaktycznej, 

naukowej i publikacyjnej. 

Możliwość obserwacji negocjacji 

biznesowych…” 

Dominika Matuszek 


Blattin Polska Sp. z o.o. 

„…Znakomita możliwość zweryfikowania 

swojej wiedzy w rzeczywistych 

warunkach. 

Możliwość podpatrywania technologii 

produkcyjnej pozwoliła na zdobycie 

cennych praktycznych informacji. 

Ponadto prowadzone obserwacje 

pozwoliły na znalezienie cennych 

pod względem naukowym problemów, 

które z pewnością będą stanowić 

element dalszych badań…” 

126

Rozdział 15: Fotorelacja ze staży 

Dariusz Skoczylas 


„Energomet” Sp. z o.o. 

„...Staż w fabryce „Energomet” 

Sp. z o.o. w Opolu pozwolił mi na 

uzupełnienie wiedzy o zasadach 

wytwarzania aparatury i urządzeń 

dla przemysłu chemicznego 

i energetycznego. 

Zdobyte doświadczenie zostanie 

wykorzystane w pracy dydaktycznej 

i naukowej...” 

Mariusz Tańczuk 

– staż w firmie ECO S.A. 

„…Wprowadzenie zdobytej wiedzy 

praktycznej w realizację procesu 

dydaktycznego oraz umożliwienie 

realizacji stażów przez studentów, to 

główne korzyści wynikające z mojego 

udziału w programie stażowym…” 

127


Bartłomiej Skaliński 


Cementownia Odra S.A. 

„…Staż w Cementowni Odra S.A. 

umożliwił mi poznanie procesów wytwarzania 

spoiw powszechnego użytku 

„od kuchni”. Problemy związane z 

produkcją powszechnie stosowanego 

spoiwa, którym jest cement, pozwoliły 

mi pogłębić moją wiedzę praktyczną, 

którą mam zamiar dzielić się w przyszłości 

ze studentami. Dzięki odbytemu 

stażowi nawiązałem także nieocenione 

kontakty z przemysłem, które w 

przyszłości zaowocują wspólnymi i 

wymiernymi korzyściami…” 

128

Nauka i Praktyka - bizneswnauce.po.opole.pl - Politechnika Opolska

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?