---

---

Online stanovení kvality vody pro environmentální management

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Václav Miklas, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Téma propojuje umělou inteligenci, chytrá měřicí zařízení a environmentální management. Cílem je vyvinout virtuální senzor, který dokáže z běžně měřených parametrů (vodivost, pH/ORP, teplota, turbidita) v reálném čase odhadovat složitější ukazatele kvality vody. Takový přístup umožní nepřetržité sledování stavu vody bez nutnosti častých laboratorních analýz a otevírá možnosti k řízení s využitím umělé inteligence. Student bude mít k dispozici měřicí senzory a reálnou jednotku pro testování. Práce kombinuje rešerši s praktickým návrhem a ověřením konceptu na datech – ať už nasbíraných během měření, nebo získaných z existujících zdrojů.

Význam řešené problematiky:

Tradiční měření klíčových ukazatelů kvality vody je pomalé a nákladné. Virtuální senzory (soft sensors) využívající strojové učení dokáží tyto hodnoty odhadnout okamžitě a nepřetržitě, což má zásadní význam pro rychlou reakci na znečištění, optimalizaci provozu čistíren a ochranu vodních zdrojů. Takto navržený systém může být aplikován nejen v průmyslu, ale i v komunálních vodohospodářských provozech, při monitoringu přírodních vod nebo v systémech včasného varování.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Prozkoumat principy a možnosti virtuálních senzorů pro hodnocení kvality vody.
• Navrhnout měřicí větev pro sběr vybraných parametrů a její propojení s datovým zpracováním.
• Ověřit možnosti predikce ukazatelů znečištění z měřitelných parametrů pomocí metod strojového učení.
• Diskutovat přínosy a omezení navrženého přístupu z pohledu praktického nasazení.

Zajímavosti:

V roce 2024 nasadila Velká Británie první AI systémy, které na základě pH, teploty a zákalu dokážou předpovědět zvýšené riziko bakteriální kontaminace koupacích vod až několik hodin dopředu. Díky tomu se výrazně snížil počet zdravotních incidentů mezi rekreanty.

---

AI pro zefektivnění průmyslových procesů

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Václav Miklas, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Téma bakalářské práce je primárně rešeršního charakteru, v případě zájmu je ji však možno rozšířit – v rámci samotné bakalářské práce či navazující diplomové práce – o praktickou aplikaci data science na vybraný průmyslový provoz.

Význam řešené problematiky:

Data science neboli datová věda je odvětví každým rokem nabývající na významu. Představuje obecné postupy umožňující analýzu, interpretaci a zhodnocení dat v široké řadě aplikací. Zatímco datovému vědci často data chybí, procesní inženýři potýkající se s provozními daty z průmyslových procesů mají opačný problém: rozsáhlé soubory často zašuměných dat, obsahující neužitečné či nepřesně měřené veličiny, výpadky a nadbytečné časové úseky (např. odstávky). Tato „změť dat“ přitom lze pomocí umělé inteligence využít ke zlepšování energetické a materiálové efektivity, prediktivní údržbě, nahrazení fyzické senzoriky či strategickým rozhodnutím. Synergické propojení data science a procesního inženýrství je tak nejen užitečné, ale zároveň absolventovi disponující takovým souborem dovedností značně zlepší možnosti uplatnění.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Výběr a stručný popis analyzovaného průmyslového provozu, spolu s formulací kritérií jeho zlepšení
• Rešerše dostupných provozních dat, literatury a úspěšných případových studií, v nichž byla datová věda nasazena ve vybraném provozu
• Diskuze výsledků rešerše, možností formulovaného zlepšení procesu a identifikace budoucích výzkumných výzev

Zajímavost:

Věděli jste, že velký průmyslový provoz často vygeneruje řadu GB až TB surových dat za den?

---

Optimalizace výkonu čerpadla pro výměník tepla

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Téma DP je zaměřeno na problematiku vlivů výkonu čerpadla hnacího médium výměníkem. Dodaný výkon čerpadlu zvýší tepelný výkon výměníku. Student prozkoumá, jak ovlivní účinnost systému výměník-čerpadlo výkon čerpadla. Práce je výpočtového charakteru a je vhodná pro studenty, kteří rádi stanovují vlivy různých parametrů na chování systému.

Význam řešené problematiky:

Téma upozorňuje na skutečnost, že přidání čerpadla k výměníku, za účelem zvýšení přenášeného výkonu mezi médii doplňuje systém o další aktivní prvek s výkonem a příkonem. Celková účinnost systému tedy obecně nemusí vždy vzrůst. Praktický význam práce pak spočívá v sestavení charakteristik pro inženýrskou praxi doporučení nebo nedoporučení přidání čerpadla a stanovení jeho výkonu.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provedení experimentálního měření výkonu výměníku v závislosti na výkonu čerpadla
• Sestavení matematického modelu systému výměník-čerpadlo podle teorie termodynamiky
• Porovnání experimentu s modelem

Zajímavosti:

Víte, že optimalizace výkonu čerpadla ve výměníku může nejen zvýšit tepelný výkon, ale také snížit energetickou náročnost celého systému? Správně nastavený výkon čerpadla může vést k úsporám energie a zvýšení celkové účinnosti systému.

---

Data science pro optimální řízení energetického systému

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Marek Kollmann

Charakteristika tématu:

Cíl této bakalářské práce je vytvoření metodiky, pro optimalizaci nakládání se zdroji energie energetického systému - jako je například dům se solární baterií, tepelným čerpadlem, baterií a elektrického vozidla.

Úkol zahrnuje aplikaci technik a metodologie data science k řešení problémů spojených s řízením energetického systému, jako jsou například: optimalizace výkonu solárních baterií, předpovídání špičkových hodnot poptávky po energii nebo řízení zatížení elektrické sítě.

Význam řešené problematiky:

Vzhledem k tomu, že celosvětová poptávka po energii stále roste, je naléhavě nutné optimalizovat využití energetických zdrojů, zejména v souvislosti s decentralizovanými energetickými systémy, jako jsou domy vybavené solárními panely, tepelnými čerpadly a systémy pro ukládání energie, jako jsou například Tesla Powerwalls. Tyto systémy nabízejí potenciál pro snížení nákladů na energii, snížení dopadu na životní prostředí a zvýšení energetické odolnosti, ale jejich optimální provoz a řízení vyžadují pokročilé techniky.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši v oblasti "data-driven" řízení energetických systémů.
• Vytvoření metodologie pro optimalizaci energetického systému.
• Pro konkrétní dataset vypracovat případovou studii.

---

Analýza využití obnovitelných zdrojů domácností

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Marek Kollmann

Charakteristika tématu:

Cílem této bakalářské práce je zhodnotit solární potenciál domácností na základě analýzy geografických, klimatických a technických dat. Práce bude zahrnovat analýzu dostupnosti slunečního záření, orientace a sklonu střech, a také odhad energetického výstupu ze solárních panelů za různých podmínek. Studenti budou pracovat s reálnými daty z meteorologických stanic a dostupných datových sad, aby vytvořili model pro výpočet potenciální výroby elektřiny solárními systémy.

Význam řešené problematiky:

Solární energie je jedním z klíčových obnovitelných zdrojů, které mohou přispět k udržitelnosti a snížení závislosti na fosilních palivech. Analýza solárního potenciálu na úrovni domácností může pomoci optimalizovat umístění solárních panelů a podpořit jejich širší využití. Efektivní využití solární energie může výrazně snížit energetické náklady domácností a snížit uhlíkovou stopu.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Prozkoumat dostupné metodologie pro analýzu solárního potenciálu.
• Vytvořit model pro predikci výkonu solárních panelů na základě geografických a klimatických dat.
• Aplikovat model na konkrétní region a posoudit jeho praktickou využitelnost.

---

Modelování chytré domácnosti

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Marek Kollmann

Charakteristika tématu:

Cílem této bakalářské práce je vytvoření modelu chytré domácnosti, který umožní efektivní řízení spotřeby energií a zařízení. Práce zahrnuje simulaci provozu jednotlivých zařízení, jako jsou tepelné čerpadlo, fotovoltaický systém, bateriové úložiště a další prvky chytré domácnosti, včetně optimalizace jejich provozu. Klíčovou součástí je také analýza možností implementace IoT technologií pro automatizované řízení domácnosti.

Význam řešené problematiky:

Chytré domácnosti jsou považovány za budoucnost řízení spotřeby energií v rezidenčním sektoru. Umožňují nejen snižovat náklady na energie, ale také optimalizovat využití energetických zdrojů v závislosti na poptávce a dostupnosti obnovitelných zdrojů. Řízení chytré domácnosti pomocí datově řízených modelů nabízí potenciál pro zlepšení energetické účinnosti a zvýšení komfortu obyvatel.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Vytvořit model chytré domácnosti s důrazem na efektivní řízení spotřeby energií.
• Analyzovat možnosti integrace IoT pro automatizaci domácnosti.
• Pro konkrétní případovou studii navrhnout optimalizační strategie pro řízení energetických zdrojů.

---

Regulace teploty vody pro membránovou recyklační jednotku: přehled metod a návrh implementace

Garant: Ing. Michal Touš Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Petr Bužga

Charakteristika tématu:

Význam řešené problematiky:

Stabilní řízení teploty je klíčové nejen pro správnou funkci membránových procesů a jejich energetickou účinnost, ale i pro reprodukovatelnost experimentů. Zlepšení regulace chlazení umožní přesnější laboratorní experimenty a přiblíží provoz experimentální jednotky průmyslovým podmínkám. Student tak získá zkušenost s praktickým návrhem řízení, naučí se volit komponenty, navrhovat bezpečné zapojení a zároveň nahlédne do moderních trendů v automatizaci procesní techniky.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Rešerše dostupných metod regulace teploty experimentální jednotky.
• Analýza výhod a nevýhod různých regulačních strategií.
• Návrh vhodného zapojení a doporučení komponent.
• Zhodnocení přínosů nově navržené technologie.

Design and optimisation of building energy systems

Guarantor: Ing. Michal Touš Ph.D.
Supervisor: Ting Pan, Msc

Topic characteristics:

Relevance of the topic:

Designing and optimising distributed energy systems is critical for future sustainable energy supply. Proper system sizing and operation can increase efficiency, reduce costs, and improve the integration of renewables. The thesis introduces students to optimisation methods, energy technologies, and basic programming while highlighting real-world applications in the transition to clean energy.

Objectives to be achieved:

• Conduct a literature review of small-scale renewable energy systems.
• Analyse available data such as weather and energy demand.
• Develop a simple optimisation model for energy system operation.
• Evaluate technical and economic aspects of the proposed solution.

Interesting fact:

In Germany, more than 2 million households already combine solar PV with heat pumps and batteries, forming a key part of Europe’s energy transition strategy.

---

Zdroje energie pro rodinný dům

Garant: Ing. Pavel Skryja, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Pavel Skryja, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je zaměřena na zpracování návrhu řešení vytápění rodinného domu.

Význam řešené problematiky:

Požadavky na tepelně technické vlastnosti staveb jsou postupně více a více zpřísňovány. Výrazná pozornost je věnována snižování hodnot součinitelů prostupu tepla. Je však otázka, do jaké míry jsou investice do zateplování budov efektivní. Je proto nutné správně pochopit smysl principu snižování energetické náročnosti budov a hledat efektivní řešení pro každý objekt samostatně. Bakalářská práce se proto zaměří na energetickou bilanci různých staveb a na kombinaci různých zdrojů tepla pro potřeby pokrytí energie na vytápění, přípravu teplé vody a vlastní spotřebu elektrické energie domu. 

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši zdrojů tepla a energií domu​
• Provést bilanci různých typů domu (např. před a po zateplení)​
• Navrhnout způsob výroby tepla popřípadě elektrické energie​
• Provést ekonomické zhodnocení

---

Udržitelná biopaliva v energetice a procesním inženýrství

Garant: Ing. Pavel Skryja, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Igor Hudák, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je zaměřena na analýzu současných trendů v oblasti získávání a využití plynných paliv s obnovitelných zdrojů.

Význam řešené problematiky:

Jedním ze způsobů, jak získávat energii potřebnou k zajištění chodu různých technologických procesů je spalování fosilních paliv. Nejčastěji využívaným palivem je stále zemní plyn, který byl z různých důvodů preferován. Současná celosvětová situace (problematické dodávky zemního plynu, politicky motivovaná rozhodnutí atd.) nutí podniky hledat alternativní řešení ve snaze snížit náklady na výrobu. Produkce paliv z obnovitelných zdrojů s sebou přináší i řadu otázek, na část z nich by tato práce měla najít odpověď. Práce je tedy zaměřena na analýzu současných trendů v oblasti získávání a využití paliv s obnovitelných zdrojů.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Seznámit se s problematikou spalování paliv, zejména s vlivem složení paliva na výsledné emise.
• Rešeršní práce v oblasti produkce a zpracování.
• Analýza složení biopaliv paliv a porovnání jejich vlastností paliv se standardizovanými (zemní plyn, lpg, olej) palivy, včetně porovnání uhlíkové stopy uvolněné při získávání/těžení a následném energetickém využití.
• Zhodnocení udržitelnosti do budoucna (např. dle finančních nákladů).

Zajímavosti:

Na práci může navázat prakticky zaměřená diplomová práce, využívající zařízení v poloprovozních laboratořích ÚPI.

---

Vodík jako palivo budoucnosti

Garant: Ing. Pavel Skryja, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Igor Hudák, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je zaměřena na analýzu využití zemního plynu jako paliva namísto zemního plynu.

Význam řešené problematiky:

Nahrazení zemního plynu vodíkem je perspektivním směrem v energetice a ekologii. Vodík je palivo s velkým potenciálem, ale samotný proces náhrady s sebou nese řadu technických problém a otázek

1. Ekologická udržitelnost: Nahrazení zemního plynu vodíkem může výrazně snížit emise skleníkových plynů a pomoci v boji proti klimatickým změnám. Vodík je čistým palivem, které při spalování produkuje pouze vodu, což znamená výrazné snížení emisí CO2.
2. Obnovitelná energie: Vodík může být vyráběn z obnovitelných zdrojů energie, jako jsou FVE panely a větrné turbíny, což zvyšuje jeho udržitelnost a snižuje závislost na fosilních palivech.
3. Energetická účinnost: Vodík může být využíván v různých odvětvích, včetně dopravy a průmyslu, kde může zvýšit energetickou účinnost a snížit ztráty energie při přenosu a skladování.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Seznámit se s problematikou výroby a distribuce vodíku.

  • Provést rešerši aktuálně platných legislativních dokumentů a udělat road mapu pro předpokládanou záměnu paliv
  • Provést kritické zhodnocení výroby a distribuce vodíku, z ekonomického i environmentálního pohledu

Zajímavosti:

• Na práci může navázat prakticky zaměřená diplomová práce, využívající zařízení v poloprovozních laboratořích ÚPI nebo může být daná problematika analyzována pomocí CFD.

---

Ekonomické aspekty recyklace fosforu z kalů ČOV pomocí termických metod s aditivací

Garant: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Recyklace fosforu z čistírenských kalů se stává stále důležitějším tématem v souvislosti s rostoucí poptávkou po hnojivech a omezenými přírodními zdroji fosforu. Termické metody zpracování kalů doplněny o aditivaci vhodnými materiály představují jednu z perspektivních cest. Přídavek přísad může přispět k přenosu těžkých kovů z popela do plynné fáze a zároveň zlepšit dostupnost fosforu ve výsledném produktu pro rostliny.
Ekonomická stránka celého procesu je však klíčová pro jeho reálnou průmyslovou udržitelnost. Práce bude zaměřena na zhodnocení nákladů a přínosů recyklace fosforu z kalů ČOV pomocí termických metod s případnou aditivací. Student provede rešerši existujících technologií, zhodnotí jejich provozní a investiční náklady, a posoudí ekonomickou výhodnost recyklace ve srovnání s klasickou těžbou fosfátových hornin.

Význam řešené problematiky:

Evropská unie označuje fosfor jako kritickou surovinu, jejíž dostupnost je strategicky omezená. Vzhledem k tomu, že většina světových zdrojů se nachází mimo Evropu, je nutné hledat cesty k recyklaci fosforu z odpadních proudů, například z kalů ČOV. Ekonomická efektivita rozhodne, zda se tyto technologie prosadí v praxi a stanou se životaschopnou alternativou k dovozu fosfátových hornin.

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Stručný úvod do problematiky recyklace fosforu a jeho významu pro zemědělství.
2. Rešerše současných termických metod zpracování kalů ČOV včetně možností využití aditivace kalů.
3. Ekonomické zhodnocení recyklace fosforu z popelů kalů (např. ve formě vyrobených hnojiv) oproti klasické těžbě fosfátových hornin.
4. Diskuze faktorů ovlivňujících ekonomickou udržitelnost (např. legislativa, cena surovin a hnojiv).
5. Diskuze potenciálu implementace metod recyklace fosforu v podmínkách ČR.
6. Zhodnocení všech získaných poznatků.

Zajímavosti:

• https://www.youtube.com/watch?v=Y17HqUsaoj8
• Spalováním kalů vzniká popel obsahující velké množství fosforu, které může obsahem odpovídat i polovině fosforu v některých fosfátových horninách.
• Některé pilotní či plně-provozní  projekty např. v Německu, Švedsku a Japonsku již ukazují technickou proveditelnost recyklace fosforu z kalového popela.
• Přidání aditiv, např. chloridy a uhličitany může snížit obsah těžkých kovů v popelu a zlepšit jeho agronomickou hodnotu.

Metody vybíjení použitých baterií jako součást předúpravních recyklačních procesů

Garant: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Recyklace použitých baterií je klíčovým procesem pro získání cenných kovů, jako jsou lithium, kobalt nebo nikl. Vybíjení použitých baterií představuje důležitý krok předúpravných procesů, jehož cílem je zajistit bezpečnou manipulaci a připravit baterie na další kroky zpracování. Existují různé přístupy metod vybíjení zahrnující využití různých solných roztoků, mechanické míchání, případně i metody bez použití solí. Tyto postupy se liší účinností, bezpečností, časovou náročností a náklady.
Cílem bakalářské práce je poskytnout přehled současného stavu metod vybíjení použitých baterií, zhodnotit jejich výhody a nevýhody, a zároveň provést laboratorní ověření vybraného způsobu. Důležitou součástí práce bude také zasazení problematiky do kontextu procesního inženýrství a plně-provozních realizací recyklace a návaznosti na další kroky předúprav v recyklačních technologiích.

Význam řešené problematiky:

Použité baterie obsahují mnoho cenných prvků, které lze recyklací vrátit zpět do oběhu, ale také představují environmentální a bezpečnostní riziko. Vybíjení je nezbytný krok před jejich dalším zpracováním, protože minimalizuje riziko zkratu, požáru nebo výbuchu. Efektivní a bezpečné vybíjecí metody jsou proto klíčem k rozvoji udržitelných recyklačních technologií.

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Stručný úvod do problematiky recyklace použitých baterií a role vybíjení v rámci předúprav.
2. Rešerše současného stavu techniky metod vybíjení baterií.
3. Srovnání metod z hlediska účinnosti, bezpečnosti, časové a ekonomické náročnosti.
4. Přehled používaných chemických činidel a jejich koncentrací, doby vybíjení a vlivu provozních podmínek.
5. Experimentální část – předběžné laboratorní ověření vybrané metody vybíjení.
6. Propojení vybíjení s dalšími kroky předúprav v procesu recyklace baterií v kontextu plně-provozních realizací technologie.
7. Zhodnocení všech získaných poznatků.

Zajímavosti:

• https://www.youtube.com/watch?v=s2xrarUWVRQ
• Celosvětově recyklace množství Li-ion baterií narůstá, což činí problematiku vybíjení stále aktuálnější.
• Výzkum probíhá i na metodách vybíjení bez použití solí, které snižují environmentální zátěž.

Využitelnost nástrojů generativní umělé inteligence pro podporu řešení problémů v procesním inženýrství

Garant: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Nástroje AI založené na velkých jazykových modelech (LLM), jako jsou ChatGPT, Gemini, Claude, Consensus AI, Elicit a další, se začínají využívat i v technických oborech, včetně procesního inženýrství. Tyto nástroje mohou sloužit jako podpora při řešení rovnic a výpočtů, vyhledávání odborných článků, formulaci hypotéz, návrhu experimentů, nebo při „troubleshootingu“ v technologických procesech. Jejich přínos spočívá v rychlém zpracování velkého objemu informací a snadném přístupu k odborným znalostem.
Problémem zůstává tzv. „halucinování“ AI, kdy model generuje nesprávné nebo smyšlené informace, což je v inženýrské praxi zásadní překážkou. Cílem práce je prozkoumat možnosti využití těchto nástrojů, porovnat jejich silné a slabé stránky, vyhodnotit způsoby, jak omezit halucinování AI, a provést praktické testy využití na konkrétních příkladech z procesního inženýrství.

Význam řešené problematiky:

LLM představují revoluční nástroje, které mohou urychlit práci inženýrů a usnadnit přístup k odborným informacím. Jejich integrace do procesního inženýrství může zvýšit efektivitu, snížit časovou náročnost při návrhu a řešení problémů a umožnit nové formy interakce s daty. Zároveň je však nutné mít povědomí o jejich limitech a rizicích, zejména je myšleno hledisko nespolehlivých výstupů (halucinací).

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Úvod do problematiky LLM a jejich fungování.
2. Rešerše současně dostupných AI nástrojů (např. ChatGPT, Gemini, Claude, Consensus AI a dalších).
3. Analýza možností využití těchto nástrojů v procesním inženýrství (výpočty, rovnice, modelování, troubleshooting, rešerše).
4. Porovnání silných a slabých stránek vybraných AI nástrojů.
5. Identifikace problému halucinací a přehled metod jejich omezení.
6. Praktické testy využití vybraných nástrojů na konkrétních příkladech z procesního inženýrství.
7. Zhodnocení všech získaných poznatků.

Zajímavosti:

• Velké množství odpovědí LLM v technických disciplínách obsahuje nepřesnosti či smyšlené prvky, pokud nejsou ověřovány.
• Konsorcia jako NIST podporují inovace a pěstuje důvěru při navrhování, vývoji, používání a správě technologií a systémů umělé inteligence (AI).
• Existují hybridní přístupy, které kombinují LLM s vědeckými databázemi, což výrazně snižuje riziko halucinací.

---

Navrhování procesů nebo jejich zařízení

TÉMATICKÝ OKRUH

---

Posuzování energetické náročnosti průmyslových procesů a jejich zařízení

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Student se formou zpracování vybrané úlohy prakticky seznámí s problematikou zvoleného procesního, resp. energetického systému anebo vybraného dílčího zařízení či jeho významné části. Práci tak lze zaměřit individuálně podle vlastní preference a volby studenta na některou z aktuálně nabízených úloh, jež jsou uvedeny níže v odstavci „Cíle, kterých má být dosaženo“.

Význam řešené problematiky:

Seznámení se s konkrétními činnostmi aktuální průmyslové praxe z oblasti efektivního nakládání s energií otvírá studentovi široké možnosti nejen pro navazující studium, ale i pro běžné profesní uplatnění v širokém spektru inženýrských organizací (např. projekčních, výrobních, dodavatelských aj.) působících v procesním a energetickém průmyslu.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Téma 1: Koncepční přístup k zahrnování energie z obnovitelných zdrojů do výrobních podniků.
• Téma 2: Vyhodnocení funkce experimentálního chladiče spalin.
• Téma 3: Hodnocení využití tepelné energie v provozovaném průmyslovém procesu. (Poznámka: Pro potřeby hodnocení jsou na výběr k dispozici různé procesy: např. environmentální proces „waste gas-to-energy“, výrobní proces slévárny, konkrétní potravinářský výrobní proces, petrochemický proces aj.).
• Téma 4: Vliv velikosti přípojných hrdel na fungování (nebo na návrh) trubkového výměníku tepla.
• Téma 5: Zpracování webové aplikace pro koncepční energetickou rekonstrukci WGtE procesů.
• Téma 6: Posuzování uspořádání vybraného výrobního procesu z hlediska bezpečnosti provozu.
• Téma 7: Specifické systémy využívání energie z obnovitelných zdrojů v Africe (stát Togo).
• Téma 8: Určení využitelného odpadního tepla z cyklicky provozovaného zařízení.
• Téma 9: Stanovení ztrát tepla průmyslového reaktoru.
• Téma 10: Provozní model vsázkového ohřívače.
• Téma 11: Návrh a příprava zkušebního okruhu.

Zajímavosti:

Celkem lze tedy přijmout až 11 studentů, přičemž každý student může řešit své individuální téma (tj. úlohu) o příslušné složitosti (tj. na úrovni bakalářské nebo diplomové práce) vybrané z odstavce „Cíle, kterých má být dosaženo“. Na každé z uvedených individuálních zadání lze také později plynule navázat řešením vyššího stupně závěrečné práce (např. bakalářské→diplomové, diplomové→doktorské apod.). Také lze přijmout a vést studenta s jeho vlastním přineseným zadáním této tematické oblasti.

---

Zjednodušený výpočet výměníků tepla pomocí MS Excel

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Bohuslav Kilkovský, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Jedná se o zadání vhodné pro ty, kteří by se chtěli věnovat výpočtům zařízení na výměnu tepla a rádi pracují v tabulkovém procesoru. Úkolem je vytvořit zjednodušený návrh základních typů výměníků tepla v tabulkovém procesoru MS Excel bez výpočtu součinitelů přestupu tepla, který je pro každý výpočet jedinečný a důležitý. Součinitelé přestupu tepla budou vybírány pouze z doporučených tabulkových hodnot. Jedná se o první stupeň výpočtů výměníků tepla, který je vhodný pro prvotní rozvahu, zda je vhodné přejít k detailnímu návrhu. Takovýto postup může ušetřit čas.

Význam řešené problematiky:

Výpočty výměníků tepla jsou časově náročné a je vhodné před detailním výpočtem zjistit, jestli je daný typ výměníku pro danou aplikaci vůbec vhodný. Tím může projektant ušetřit spoustu času. Výměník může vyjít například neúměrné velký.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Seznámit se s “rychlou“ (zjednodušenou) metodou výpočtů výměníků tepla.
• V tabulkovém procesoru MS Excel vytvořit zjednodušené výpočty základních typů výměníků tepla.
• Aplikovat výpočty na ukázkových příkladech.

Zajímavosti

Jedná se sice o zjednodušené výpočty, ale i ty mají své místo. Dokáží nám velmi rychle a snadno říci předpokládanou velikost výměníku tepla a určit tak jeho přibližnou cenu. Je to zejména v situacích, kdy řešíme daný typ výměníku pro danou aplikaci častokrát. V takovém případě už víme, jakých hodnot součinitel přestupu tepla dosahuje a můžeme ho snadno a kvalifikovaně odhadnout. Pokud vás tato aktuální průmyslová problematika oslovuje, kontaktujte vedoucího práce pro individuální výběr svého tématu.

---

Výpočet pádové rychlosti částice

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Bohuslav Kilkovský, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Student se formou zpracování daného tématu seznámí s problematikou výpočtu pádové rychlosti částic. Ta je důležitým parametrem při návrhu např. usazovací nádoby, hydraulického třídění nebo hydraulického rozdružování. Základním řešením je výpočet pádové rychlosti osamocené kulové částice v neomezeném prostředí. Toto je však pouze teoretický příklad, se kterým se v průmyslové praxi v podstatě nesetkáme. Usazování reálné částice je ovlivněno řadou elementů, mezi které patří zejména tvar částic, jejich počet (koncentrace) a velikost nádoby, ve které k usazování dochází. Úkolem práce bude takovýto výpočet popsat. Bude čistě na studentovi, jaké možnosti bude uvažovat. Musí být však řešitelné.

Význam řešené problematiky:

Na pádovou rychlost má vliv velikost nádoby, ve které dochází k usazování, hodnota koncentrace a samozřejmě tvar usazované částice. Hodnota pádové rychlosti je důležitá pro návrh usazovacích nádrží, zjištění doby usazování a také pro návrh hydraulického třídění a rozdružování. Je tedy nutné umět tuto rychlost dostatečně přesně vypočítat.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši výpočtových vztahů.
• Definovat možné vlivy na velikost pádové rychlosti.
• Provést srovnání výpočtových vztahů.
• Sestavit metodiku výpočtu pádové rychlosti.
• Aplikovat získané poznatky.

Zajímavosti

Dříve se pro výpočty pádové rychlosti používaly zjednodušené rovnice a postupy výpočtů přes různá kritéria. S rozvojem počítačů a vhodných softwarů (Excel, programovací jazyky) je však možné použít komplexnější vztahy. Výpočty tak mohou být přesnější a dokonce i jednodušší.

---

Snižování energetické náročnosti procesů

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: doc. Ing. Vojtěch Turek, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Jednou z možností, jak v průmyslovém procesu uspořit významné množství energie, je užití vhodného systému výměny tepla. Namísto ohřevu a chlazení procesních proudů pomocí externích zdrojů je tedy pomocí zmíněného systému teplo z horkých proudů, které potřebujeme ochladit, předáváno chladným proudům, které je naopak nutné ohřát. Návrh systému výměny tepla (tedy zjištění, jak horké a chladné proudy vhodně „propojit“) je v dnešní době v naprosté většině případů prováděn pomocí specializovaných softwarů. Může přitom jít jak o komerčně dostupné softwarové balíky, tak o jednoúčelové softwary vyvíjené na míru konkrétním procesům či zařízením.

Význam řešené problematiky:

Snižování energetické náročnosti procesů úzce souvisí se dvěma důležitými environmentálními faktory: klesající dostupností fosilních paliv a obecnou snahou omezovat spotřebu takových paliv s ohledem na nutnou minimalizaci produkce emisí skleníkových plynů a dalších znečišťujících látek. Zmíněná problematika se přitom týká nejen návrhu nových systémů a zařízení, ale také úprav stávajících celků či aparátů za účelem snížení provozních nákladů či dodržení zpřísňujících se emisních limitů.

Cíle, kterých má být dosaženo:

V rámci tématu si můžete dle svých preferencí zvolit ze tří možných zaměření, která jsou uvedena níže. Pokud vás některé z uvedených zaměření láká, kontaktujte vedoucího práce, který vám poskytne bližší informace a po diskusi s vámi upřesní náplň a cíle bakalářské práce.

• Zaměření 1: Snížení energetické náročnosti procesu úpravou systému výměny tepla
• Zaměření 2: Snížení chyby při výpočtu středního logaritmického teplotního rozdílu
• Zaměření 3: Fyzikální vlastnosti vybraných pracovních látek

Zajímavosti:

Ekonomický přínos vhodně provedeného návrhu či úpravy systému výměny tepla může u větších průmyslových procesů snadno dosáhnout desetitisíců až statisíců USD ročně. V simulačních výpočtech je však nutné užívat vhodné vztahy pro fyzikální vlastnosti pracovních látek apod., jinak hrozí, že získané výsledky budou zatíženy nezanedbatelnou chybou.

---

Snižování emisí CO2 v cementárně

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Výroba cementu patří k energeticky náročným procesům, u kterých není možné se vyhnout vzniku CO2. Vzhledem k evropské vizi o bezemisních provozech bude potřeba nasadit nové technologie, které umožní snížení či případnou eliminaci vzniku CO2. Cílem práce bude provést rešerši mezi dostupnými metodami předcházení vzniku CO2 a v případě vzniku k jeho následnému odstraňování ze spalin a dalšímu přepracování, nebo ukládání. Studovány budou existující příklady ze světa a návrh možné implementace na cementárny v ČR.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši v oblasti předcházení vzniku CO2 při spalování
• Provést rešerši na možnosti odstraňování CO2 ze spalin
• Popsat možné způsoby dalšího nakládání se zachyceným CO2

Zajímavosti:

Cementárny jsou zodpovědné za cca 5 % světové produkce CO2. Zásadním sledovaným parametrem je energetická náročnost a množství vyprodukovaného CO2 na tunu vyrobeného cementu. Emise vznikající ze spalování biomasy se nepočítají do celkových emisí a není nutné je zohledňovat při nákupu emisních povolenek.

---

Softwarové modelování a simulace

TÉMATICKÝ OKRUH

---

Možnosti využití open source simulačního softwaru DWSIM

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Bohuslav Kilkovský, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Student se formou zpracování daného tématu seznámí s open source simulačním softwarem DWSIM. Úkolem práce je zjistit jeho stávající možnosti využití při běžné práci procesního inženýra. Simulační výpočty jsou obvyklý nástroj při návrhu procesních jednotek. K usnadnění práce se využívají simulační softwary. Placené simulační softwary jsou ovšem velmi drahé a mnoha projekčním kancelářím se jejich nákup nevyplatí. V současné době je však velmi dobrá alternativa ve formě open source simulačního softwaru DWSIM. Práce by tak měla sloužit při rozhodování, zda je možné tento software při běžné práci používat.

Význam řešené problematiky:

Při práci procesního inženýra se velmi často můžeme setkat s tím, že si projektant vytváří vlastní výpočty v tabulkovém procesoru Excel. Jedním z důvodů, proč tomu tak je, je cena za licenci profesionálního softwaru, zejména je řeč o simulačních softwarech. Takovýto postup může být velmi zdlouhavý, zejména pokud se jedná o větší procesní jednotku. V současnosti je však dostupná a velmi dobře použitelná alternativa ve formě open source simulačního softwaru DWSIM, pomocí kterého je možné tyto jednotky modelovat. Tento software je pravidelně několikrát ročně aktualizován a neustále jsou rozšiřovány i jeho možnosti. Není tak nutné vynakládat velké finanční částky na placený software nebo si vytvářet vlastní výpočty, které většinou nereflektují dostatečně změnu fyzikálních vlastností s tlakem a teplotou. 

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Seznámit se s možnostmi open source simulačního softwaru DWSIM.
• Popsat ovládání softwaru DWSIM.základních typů výměníků tepla.
• Ukázat použitelnost na základních úlohách procesního inženýrství.
• Srovnat s možnostmi placeného simulačního softwaru.

Zajímavosti

Open source simulační software DWSIM je pravidelně několikrát ročně aktualizován a neustále jsou rozšiřovány jeho možnosti. V současné době umožňuje dokonce řešit i dynamické úlohy. Je ho rovněž možné rozšířit i o placené databáze vlastností látek, pokročilejší termodynamické modely a další moduly. Ovšem i v základní neplacené variantě je plně dostačující pro řadu úloh, se kterými se běžný procesní inženýr setkává.

---

Moderní metody modelování proudění tekutin

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: doc. Ing. Vojtěch Turek, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Virtuální prototypování, tedy proces, při kterém jsou navrhované produkty modelovány a různě testovány pomocí virtuálních experimentů prováděných na počítačích, je dnes nedílnou součástí návrhového procesu. Oproti klasickému testování fyzických prototypů se tak totiž celý návrhový proces výrazně zrychlí a zlevní. Navíc jsme schopni získat mnohem komplexnější obraz toho, co se v daném aparátu děje. Jedním z klíčových nástrojů přitom zde je výpočtová dynamika tekutin (Computational Fluid Dynamics, CFD), pomocí které lze simulovat širokou škálu fyzikálních jevů – mimo jiné také proudění tekutin a přenos tepla.

Význam řešené problematiky:

Znalost skutečného charakteru proudění tekutin uvnitř zařízení (typicky těch průmyslových na výměnu tepla) je z pohledu spolehlivosti klíčová. Umožňuje totiž provozovateli předvídat případné nestandardní stavy – například deformace či jiné mechanické poškozování částí zařízení, usazování nečistot z procesních proudů na vnitřních površích a podobně. Toto platí jak při návrhu nových zařízení, kdy jsou potenciálně problematická provedení rovnou zavržena jako nevhodná, tak při analýzách již existujících aparátů, u kterých jsou zjišťovány příčiny provozních potíží a jsou prováděna odpovídající nápravná opatření tak, aby ke zmíněným potížím již nedocházelo.

Cíle, kterých má být dosaženo

V rámci tématu si můžete dle svých preferencí zvolit ze dvou možných zaměření, která jsou uvedena níže. Pokud vás některé z uvedených zaměření láká, kontaktujte vedoucího práce, který vám poskytne bližší informace a po diskusi s vámi upřesní náplň a cíle bakalářské práce.

• Zaměření 1: Automatizovaná tvorba výpočetních sítí
• Zaměření 2: Proudění tekutin v T-kusech

Zajímavosti:

Dobře známé vizualizace proudnic z CFD simulací aerodynamiky letadel či automobilů jsou jen špičkou ledovce, jelikož v dnešní době se simulační softwary založené na CFD využívají například i při návrhu kuchyňských spotřebičů.

---

Analýza proudění tekutin v procesních zařízeních pomocí virtuálního experimentu

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Tomáš Juřena, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Hlavní náplní práce budou simulace proudění tekutin jedním vybraným tvarovým prvkem v procesních zařízeních, jako jsou nízkoemisní hořák (prvkem je typicky clona na primárním spalovacím stupni, tryska hořáku), armatury a části potrubních tras (např. záklopka ventilu, obtoková větev). Simulace se budou provádět pomocí profesionálního software Ansys Fluent.

Význam řešené problematiky:

Inovace stávajících výrobků jsou jednou z hlavních cest pro udržení konkurenceschopnosti výrobců. Simulační výpočty proudění jsou nástrojem pro analýzu stávající konstrukce průmyslových zařízení a umožňují detailní posouzení nových řešení. Při analýze proudění tvarovými prvky se typicky jedná o určení ztrátových součinitelů a následnou optimalizaci prvku z hlediska tlakových ztrát.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Popis funkce tvarového prvku
• Tvorba geometrie a výpočtové sítě pro simulaci proudění tvarovým prvkem
• Simulace proudění pro různé provozní podmínky
• Vyhodnocení simulací a interpretace výsledků z pohledu funkce a případné optimalizace prvku

Zajímavosti:

Zmíněné příklady tvarových prvků byly (a některé i nadále jsou) předmětem spolupráce s průmyslovou sférou (např. společnosti PBS, DAKO-CZ, IMI CCI). Výběr však není těmito prvky omezen. Finální zadání práce bude formulováno na základě výběru konkrétního tvarového prvku dle společné domluvy s vedoucím práce. Na téma lze dále navázat v rámci diplomové práce.

---

Modelování proudění tryskami nízkoemisního hořáku

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Tomáš Juřena, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Hlavní náplní práce bude analýza proudění plynného paliva tryskami sekundárního stupně nízkoemisního hořáku s využitím CFD modelování. Především půjde o srovnání konvenční trysky s tryskami se speciálními geometrickými úpravami jednak z hlediska účinnosti přeměny tlakové energie na kinetickou při proudění tryskami, tak i z hlediska chování proudění za výstupem z trysky. Simulace budou prováděny s použitím profesionálního software Ansys Fluent (předchozí znalost práce není podmínkou, vedoucí práce poskytne rychlokurz základů CFD modelování).

Význam řešené problematiky:

Tvar trysek, dimenzování, umístění, jejich počet jsou důležité parametry, které je třeba zohlednit při návrhu hořáku. Významně ovlivňují spalovací proces z hlediska mísení paliva s okysličovadlem, hrají důležitou roli při potlačování emisí škodlivých látek a v neposlední řadě mají vliv i na ekonomiku provozu hořáku.

Cíle, kterých má být dosaženo:

1) Rešeršní část – stručný úvod do problematiky s důrazem na vliv parametrů trysek na funkci hořáku.

2) Praktická část – tvorba CFD modelů trysek, provedení výpočtů a vyhodnocení včetně diskuse a závěrů

Zajímavosti:

Téma práce souvisí s dlouhodobě prováděným výzkumem nízkoemisních hořáků ve spolupráci s průmyslovou sférou. Pro bližší informace neváhejte kontaktovat vedoucího práce.

---

Výroba vodíku pro využití v energetice

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je vhodná pro uchazeče, který se zajímá o nové trendy v alternativních zdrojích energie a zároveň má zájem se naučit využívat moderní výpočetní a simulační nástroje.

Význam řešené problematiky

Velcí producenti emisí jsou nuceni se poohlížet po nových způsobech, jak snížit emise CO2. Jedním ze způsobů je náhrada stávajících uhlíkových paliv za vodík. Takováto náhrada sebou však přináší celou řadu problémů a úskalí, které bude potřeba vyřešit. Cílem práce bude zmapovat dosavadní poznatky pro výrobu vodíku. Zaměření bude cílit především na propojení výroby a obnovitelných zdrojů energie a naplnění požadavků energeticky náročných procesů.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši v oblasti výroby vodíku
• Určit a popsat potřebné kapacity pro dostatečnou výrobu vodíku pro oblast výroby cementu
• Popsat úskalí a potenciál nasazení vodíku v průmyslových procesech

Zajímavosti:

Vodík (120 MJ/kg) má výrazně vyšší výhřevnost oproti metanu (50 MJ/kg) při vztažení na 1 kg, ale při vztažení na 1 m3 má vodík (10 MJ/m3) naopak výhřevnost výrazně nižší oproti metanu (34 MJ/m3).

---

Doprava tuhých alternativních paliv v cementárnách

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Výroba cementu patří k energeticky náročným procesům. Vzhledem k současné legislativě a ke snižování použití neobnovitelných fosilních paliv je trendem využívat co nejvíce tuhých alternativních paliv. Tato paliva však mají svá specifika vzhledem k jejich skladování a dopravě ze zásobníku do hořáku. Důležité je nejen dopravované množství paliva, ale především jeho rovnoměrnost a dobrá škálovatelnost pro široký rozsah dopravovaného množství.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši v oblasti dopravy tuhých alternativních paliv
• Popsat fyzikální chování částic v proudu vzduchu
• Zhodnotit možnosti numerických simulací popisovat chování částic paliva v proudu vzduchu

Zajímavosti:

V současné době je v ČR využíváno v cementárnách jako zdroj energie až 80 % alternativních paliv, čímž se podařilo nahradit velké množství neobnovitelných fosilních paliv. Cementárny dále pracují na navýšení tohoto množství především z ekonomických důvodů.

---

Experimenty v procesním průmyslu

TÉMATICKÝ OKRUH

---

Aplikace 3D tisku v procesním inženýrství

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Dominika Babička Fialová, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce se zabývá využitím dílů vyrobených 3D tiskem v procesních zařízeních. Pozornost je upřena především na posouzení efektivního využití 3D tisku pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla. Základní aktuálně nabízená témata, na něž může být práce zaměřena, jsou uvedena níže v odstavci „Cíle, kterých má být dosaženo“ a umožňují zpracovat jak rešeršní práci, tak i práci zaměřenou prakticky na modelování nebo experimenty s aditivně vyrobenými prototypy. Konkrétní zaměření a charakter práce lze tedy přizpůsobit podle vlastní preference studenta. Pokud máte zájem zpracovat práci z nabízené oblasti, kontaktujte vedoucí práce pro individuální výběr svého tématu. 

Význam řešené problematiky:

Díky optimálnímu tvaru distribučního systému uvnitř výměníků tepla lze zefektivnit jejich provoz, což se pojí nejen se snížením spotřeby primárních zdrojů, ale i s využitím odpadních proudů a rekuperací odpadního tepla. Nové výrobní technologie rozšiřují oblasti aplikace výměníků tepla díky možnému přizpůsobení geometrie na míru dostupnému prostoru a podmínkám. Zároveň je zde řada otázek, které je nezbytné vyřešit pro skutečně efektivní přenos tepla a úsporný provoz zařízení. Klíčové pro posouzení nového výměníku tepla jsou pak v neposlední řadě i dopady jeho provozování na životní prostředí. 

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Téma 1: Efektivní metody úpravy toku v procesních a energetických zařízeních 
• Téma 2: Vliv tvaru hlavní komory na funkci distributoru v procesních a energetických zařízeních 
• Téma 3: Posouzení funkčnosti aditivně vyrobeného distribučního systému 
• Téma 4: Srovnání různých přístupů CFD modelování proudění v distribučních systémech 
• Téma 5: Experimentální ověření predikce tlakových ztrát v distribučním systému 
• Téma 6: 3D struktury a jejich vlastnosti z hlediska proudění a přenosu tepla 

Zajímavosti:

V rámci studia a tvorby závěrečné práce se můžete zapojit do vývoje tvarových prvků pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla.  

Každé z témat je vhodné pro bakalářskou práci, později lze navázat také rozšířením úlohy v rámci diplomové práce.  

Činnosti spojené s návrhem zařízení pro efektivní nakládání s tepelnou energií lze využít nejen v navazujícím studiu, ale i v samotném profesním uplatnění v oblasti procesního a energetického průmyslu. 

---

Termické solární kolektory pro procesní průmysl

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Dominika Babička Fialová, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce se zabývá zefektivněním trubkových solárních kolektorů, které mohou sloužit k ohřevu vody či vzduchu. Následně lze ohřátou pracovní látku využít v řadě aplikací nejen procesního průmyslu (od podpory vytápění teplou vodou po sušení zemědělských produktů), ale i v „domácích podmínkách“. Pozornost je upřena především na posouzení různých prvků pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla. Základní aktuálně nabízená témata, na něž může být práce zaměřena, jsou uvedena níže v odstavci „Cíle, kterých má být dosaženo“ a umožňují zpracovat rešeršní práci i práci zaměřenou prakticky na modelování nebo experimenty v laboratořích ÚPI. Konkrétní zaměření a charakter práce lze tedy přizpůsobit podle vlastní preference studenta. Pokud máte zájem zpracovat práci z nabízené oblasti, kontaktujte vedoucí práce pro individuální výběr svého tématu.  

Význam řešené problematiky:

Neustálý tlak na snižování energetické spotřeby zvyšuje nároky na úspornost a efektivitu zařízení ve všech odvětvích průmyslu. S tímto se pojí také snaha o vyšší a lepší využití obnovitelných zdrojů energie. Díky optimálnímu tvaru distribučního systému uvnitř termických solárních kolektorů lze zefektivnit jejich funkci, lépe využít obnovitelné zdroje energie či snížit provozní náklady spojené s nezbytnými čerpadly a ventilátory. V konečném důsledku tak lze skrze malé změny významně snížit dopady na životní prostředí u celého provozu. 

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Téma 1: Metody úpravy toku v termických solárních kolektorech a jejich dopad na přenos tepla
• Téma 2: Vliv tvaru hlavní komory na přenos tepla a proudění v termických solárních kolektorech
• Téma 3: Optimalizace provedení vestavby do distribučního systému
• Téma 4: Návrh termického solárního kolektoru pro sušení zemědělských produktů

Zajímavosti:

V rámci studia a přípravy závěrečné práce se můžete zapojit do vývoje tvarových prvků pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla.  

Každé z témat je vhodné jak pro bakalářskou práci, tak i pro diplomové práce.  

Činnosti spojené s návrhem zařízení pro efektivní nakládání s tepelnou energií lze využít nejen v navazujícím studiu, ale i v samotném profesním uplatnění v oblasti procesního a energetického průmyslu.  

---

Termická sanitace osiv zemědělských plodin

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Tomáš Juřena, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Téma práce souvisí s hledáním optimálních podmínek tzv. termického ošetření semínek osiv, při němž dochází k účinné likvidaci patogenů na jejich povrchu (jako např. plísně) a zároveň není významně narušena klíčivost (tedy osivo je po ošetření schopno vyklíčit). Téma lze zaměřit jak výpočtově, tak experimentálně (viz „Cíle, kterých má být dosaženo“).

Význam řešené problematiky:

V duchu ekologického zemědělství se jeví ošetření osiv fyzikálními procesy jako perspektivní alternativa k současně hojně používanému chemickému moření. Existuje rozumný předpoklad, že zařízení fungující na principu termického zpracování podpoří diverzitu pěstovaných plodin. I v konvenčním zemědělství je totiž zaznamenán nedostatek účinných chemických látek pro sanitaci. V osevních postupech tak jsou málo zastoupeny plodiny s nižším výnosem, s vyšší náchylností k houbovým chorobám a ty, u nichž dobrá sklizeň výrazně závisí na průběhu počasí. Sanitace fyzikálními procesy by tak mohla umožnit zvýšení podílu zastoupení plodin, jako jsou např. luskoviny. Při návrhu zařízení pro termickou sanitaci se uplatňují jak experimentální metody, tak počítačové simulace.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Dle preferencí lze vybrat jedno z následujících zaměření. Pro bližší informace neváhejte kontaktovat vedoucího práce.

Zaměření 1) Modelování ohřevu a chladnutí semínek zemědělských osiv při termické sanitaci

Zaměření 2) Analýza termické sanitace metodami plánovaného experimentu

Zajímavosti:

Téma práce souvisí s aktuálně řešeným projektem aplikovaného výzkumu ve spolupráci s Výzkumným ústavem pícnařským (VÚPT, Troubsko) a předním českým producentem osiv Seed Service (Vysoké Mýto).

---

Technologie míchání pro farmaceutický průmysl

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je vhodná pro uchazeče, který se zajímá o nové trendy a pokročilé technologie pro míchání sypkých hmot, což má široké využití například pro farmaceutický průmysl.

Význam řešené problematiky

Míchací procesy jsou zásadním prvkem při výrobě celé řady výrobků od léčiv ve farmacii, přes chemickou výrobu až po výrobu stavebních hmot. Často mají zásadní vliv na kvalitu výsledného produktu a energetickou spotřeb výroby. Zároveň se jedná o časově náročný proces, který zásadně prodlužuje proces výroby.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Provést rešerši v oblasti hodnocení míchacích procesů
• Provést rešerši v oblasti využívaných míchacích nádob
• Připravit postup výpočtu pro hodnocení úrovně promíchání jak z reálných vzorků, tak i ze simulací

Zajímavosti:

V Dánsku má momentálně farmaceutická společnost Novo Nordisk větší hodnotu, než je HDP celé země. Toto ilustruje význam farmaceutické výroby v dnešním světě. Úspěšná výroba léků je samozřejmě důležitá součást celého procesu a míchání sypkých hmot je nedílnou součástí.

TÉMATICKÝ OKRUH

---

Vodní audit a návrh opatření pro snížení spotřeby vody v průmyslovém podniku

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Michaela Procházková, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Nabízené téma bakalářské práce se zaměřuje na problematiku vodních auditů v průmyslových podnicích. Cílem práce je seznámení se s metodikami provádění vodních auditů (např. ISO 46001 a ISO 14046), relevantními legislativními požadavky (např. CSRD, Vodní zákon) a příklady osvědčených postupů z různých průmyslových odvětví. Na základě literární rešerše student navrhne teoretický postup vodního auditu pro vybraný typ podniku (např. potravinářský závod), identifikuje hlavní vodní toky a navrhne konkrétní opatření ke snížení spotřeby vody. Práce je ideální pro studenty, kteří se chtějí hlouběji ponořit do problematiky udržitelného hospodaření s vodními zdroji v průmyslovém prostředí.

Spotřeba vody je pro řadu průmyslových podniků zásadní environmentální i ekonomickou otázkou. S rostoucí cenou vodného a stočeného a zpřísňující se legislativou, jako je evropská směrnice CSRD, která zavádí povinnost reportovat o udržitelnosti, mezi což patří také nakládání s vodními zdroji. Vodní audit je klíčovým nástrojem, který propojuje technické inovace, úspory nákladů a plnění legislativních požadavků. Navíc je často povinnou přílohou k mnoha dotačním žádostem. Optimalizace spotřeby vody v průmyslu tak není jen o ochraně životního prostředí, ale i o finanční stabilitě, konkurenceschopnosti a naplnění ESG cílů.

• Literární rešerše metodik vodních auditů a platné legislativy
• Návrh teoretického postupu vodního auditu pro vybraný typ průmyslového podniku
• Identifikace potenciálních úspor vody a návrh konkrétních opatření (např. recyklace, optimalizace procesů)
• Odhad úspor a nákladů spojených s realizací navržených opatření

Zajímavosti:

Věděli jste, že mnoho průmyslových podniků používá pro své procesy pitnou vodu, přestože by velkou část spotřeby vody mohla pokrýt recyklovaná voda nebo voda o nižší kvalitě? Efektivní optimalizace spotřeby vody v průmyslu může představovat úsporu stovky milionů kubíků vody ročně. Vodní audit často odhalí jednoduché, ale efektivní cesty, jak snížit jak ekologickou stopu, tak provozní náklady podniku.

Kritické suroviny v odpadních vodách vznikajících během životního cyklu baterií a/nebo fotovoltaických panelů

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Michaela Procházková, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Tato bakalářská práce je zaměřena na problematiku odpadních vod obsahující kritické suroviny (např. Li, Co, Ni), které vznikají při výrobě, provozu a recyklaci baterií a fotovoltaických panelů. Cílem práce je zmapovat technologie čištění těchto odpadních vod, způsoby minimalizace znečištění a možnosti získávání cenných surovin. Student má možnost téma dále modifikovat dle svých zájmů a preferencí, například zaměření na konkrétní fázi životního cyklu (výroba, provoz, recyklace) nebo na specifickou oblast, jako jsou fotovoltaické panely nebo baterie, příp. zaměření na baterie z elektromobilů apod.

Vzhledem k narůstající poptávce po bateriích a fotovoltaických panelech, které jsou klíčové pro přechod na obnovitelné zdroje energie, se zvyšuje potřeba efektivního nakládání se vznikajícími odpadními vodami s obsahem toxických látek a kritických surovin. Bez efektivního zpracování hrozí znečištění vodních ekosystémů těžkými kovy a dalšími toxickými látkami. Jejich vhodné čištění a recyklace přispívají nejen k ochraně životních prostředí, ale i získávání strategických surovin.

• Literární rešerše složení odpadních vod vznikajících během životního cyklu baterií a FV panelů
• Analýza platné legislativy týkající se nakládání s těmito vodami
• Zmapování technologií pro záchyt a recyklaci kritických surovin
• Zhodnocení a porovnání jednotlivých metod

Zajímavosti:

Víte, že při recyklaci solárních panelů mohou do prostředí unikat toxické látky, jako jsou kadmium a olovo, které ohrožují vodní ekosystémy. Ačkoli jsou panely ekologickou alternativou k fosilním palivům, jejich životní cyklus může představovat velká environmentální rizika. I proto je recyklace těchto zařízení nejen otázkou udržitelnosti, ale i technologickou výzvou, jak minimalizovat negativní dopady na životní prostředí.

Efektivní metody zpracování odpadní vody po recyklaci plastů

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Michaela Procházková, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Téma bakalářské práce se zaměřuje na problematiku odpadních vod vznikajících během recyklace plastového odpadu. Student se seznámí s aktuálními technologiemi těchto vod a jejich vlivem na kvalitu životního prostředí, proto je téma vhodné pro studenty, kteří chtějí prohloubit své znalosti v oblasti odpadového hospodářství, s důrazem na inovační přístupy k recyklaci odpadních vod v průmyslovém prostředí.

Recyklace plastů je klíčová pro snížení znečištění životního prostředí, avšak při těchto procesech vzniká velké množství odpadní vody. Ta je často neefektivně zpracována, obsahuje mikroplasty, nanoplasty a nebezpečná aditiva, jako jsou ftaláty či těžké kovy. Tyto látky představují významné enviromentální riziko, protože jsou toxické a dlouhodobě zůstávají v prostředí. Pro ochranu vodních ekosystémů a zdraví lidí a zvířat je nezbytné nalézt efektivní způsob zpracování těchto odpadních vod. Téma je aktuální vzhledem k nárůstu globální produkce plastového odpadu a potřeby zavádění nových technologií v oblasti vodního hospodářství.

• Literární rešerše složení odpadní vody vznikající při recyklaci plastů
• Zmapování platné legislativy a norem týkajících se nakládání s těmito vodami
• Představení současných metod a technologií pro zpracování a recyklaci této odpadní vody
• Kritické zhodnocení a porovnání jednotlivých metod

Zajímavosti:

Věděli jste, že mikroplasty se nacházejí všude kolem nás? Mikroplasty jíme, pijeme a dýcháme. Průměrně může člověk ročně zkonzumovat mezi 5 až 250 gramy plastů. Pro představu to odpovídá konzumaci 1 až 50 kreditních karet za rok. A největším zdrojem mikroplastů je právě voda, a to jak balená, tak i kohoutková.

Inovativní přístupy k recyklaci vody v průmyslových prádelnách

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Michaela Procházková, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Nabízené téma bakalářské práce se zaměřuje na problematiku zpracování odpadní vody v průmyslových prádelnách. Práce je rešeršního charakteru a je vhodná pro studenty, kteří se zajímají o ochranu životního prostředí. a kteří se chtějí seznámit s problematikou nakládání s odpadní vodou vznikajících v prádelenských provozech.

Průmyslové prádelny denně zpracovávají tuny znečištěného prádla a jsou vysoce náročné z hlediska spotřeb vody i energií. S tím souvisí velké objemy vyprodukované odpadní vody, jejichž efektivní zpracování je nezbytné pro ochranu životního prostředí. Tyto odpadní vody mají specifické složení a bohužel vhodné nakládaní s odpadní vodou není v prádelenských provozech systematicky řešeno. Bakalářská práce má proto za cíl zmapovat vhodné metody pro její zpracování a kriticky zhodnotit jejich možné využití.

• Literární rešerše charakteristiky prádelenské odpadní vody
• Teoretické představení metod a technologií pro zpracování a recyklaci této odpadní vody
• Návrh inovačních přístupů k optimalizaci vodního hospodářství v prádelnách

Zajímavosti:

Věděli jste, že velké průmyslové prádelny jsou schopny za směnu zpracovat až 10 tun prádla? Na takovou směnu poté připadá produkce více než 80 000 litrů odpadní vody. Toto množství by průměrné domácnosti, která pere asi 4x týdně, vystačilo na praní po dobu více než 7 let! Přitom moderní průmyslové prádelny s efektivním nakládáním s vodou mohou snížit spotřebu vody o třetinu.

Recyklace vody na vesmírné stanici

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Tato bakalářská práce se zabývá problematikou recyklace vody ve vesmírném prostředí. Je rešeršního a teoretického charakteru a je vhodná pro studenty, kteří chtějí prozkoumat výzvy a technologie spojené s vodou na vesmírných stanicích. Práce může být zaměřena na specifickou vesmírnou stanici, misi nebo plánovanou kolonii. Téma lze studentovi upravit na míru jeho zájmu.

S ohledem na dlouhodobé mise na vesmírných stanicích a budoucí kolonizaci vesmíru je klíčové vyvíjet a optimalizovat systémy pro recyklaci vody. Tato práce se zaměří na moderní technologie a postupy pro udržitelnou a efektivní recyklaci vody ve vesmíru. Praktický význam tématu spočívá mimo jiné ve skutečnosti, že mnoho vesmírných technologií našlo později uplatnění v průmyslových aplikacích. Hodnocení přenosu technologií do „pozemského“ měřítka by měl být jednou z podkapitol práce.

• Rešerše vesmírných stanic a misí se zaměřením na systémy pro recyklaci vody
• Popis metod a technologií pro recyklaci vody ve vesmírném prostředí: principy, schémata, výhody a nevýhody
• Hmotnostní a energetická bilance modelového recyklačního systému
• Hodnocení přenositelnosti dílčích technologií do pozemských aplikací

Zajímavosti:

Na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) je systém recyklace vody vysoce účinný, přičemž asi 98 % vody používané astronauty je recyklováno a čištěno pro opětovné použití. ISS dokáže ročně recyklovat přibližně 6 000 litrů (1 585 galonů) vody. Tato recyklovaná voda zahrnuje moč, vlhkostní kondenzát a odpadní vodu z různých činností na stanici.

Recyklace vody v domácnostech

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Tato bakalářská práce se zabývá problematikou recyklace vody v prostředí rodinných a bytových domů. Je rešeršního a teoretického charakteru a je vhodná pro studenty, kteří chtějí prozkoumat výzvy a technologie spojené s hospodařením s vodou v rezidenční zástavbě. Práce může být zaměřena na specifický typ domácnosti (bytový dům, rodinný dům, konkrétní technologii recyklace (např. šedá voda, dešťová voda) nebo porovnání různých přístupů. Téma lze studentovi upravit na míru jeho zájmu.

Spotřeba vody v domácnostech tvoří významnou část celkové spotřeby pitné vody. Recyklace šedé a dešťové vody může snížit nároky na pitnou vodu, přispět k udržitelnosti a snížit náklady domácností i bytových družstev. Téma je aktuální v souvislosti s klimatickou změnou, snižováním dostupnosti kvalitní vody a rostoucím důrazem na oběhové hospodářství. Praktický význam spočívá také v možnostech aplikace stávajících technologií pro recyklaci vody v městském prostředí a jejich integraci do stávající infrastruktury.

• Rešerše dostupných systémů a případových studií recyklace vody v bytových a rodinných domech.
• Popis vybraných metod a technologií: principy, schémata, výhody a nevýhody.
• Modelová hmotnostní a energetická bilance recyklačního systému pro zvolenou stavbu
• Hodnocení ekonomické a environmentální stránky recyklace

Zajímavosti:

V typické domácnosti až 50–70 % odpadních vod tvoří tzv. šedá voda (z koupelen, sprch a umyvadel), která je relativně snadno recyklovatelná a může se znovu využít například pro splachování toalet nebo zavlažování. Studie ukazují, že implementace recyklace šedé vody v bytových domech může snížit spotřebu pitné vody až o 30–40 %.

Výroba vodního ejektoru na 3D tiskárně

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem, simulací a výrobou vodního ejektoru s využitím technologie 3D tisku. Je částečně experimentálního charakteru a je vhodná pro studenty, kteří se zajímají o kombinaci hydrauliky, strojního inženýrství a moderních výrobních metod. Práce se zaměří na proces návrhu ejektoru, výběr vhodného materiálu pro 3D tisk a následné experimentální ověření funkce. Téma lze studentovi upravit na míru jeho zájmu.

Vodní ejektory nacházejí uplatnění v průmyslu (např. v chemickém a energetickém průmyslu) i v laboratorní praxi. Využití aditivní výroby umožňuje rychlý a levný vývoj prototypů s možností optimalizace geometrie a snížení výrobních nákladů. Práce tak přispěje k pochopení možností 3D tisku při konstrukci hydraulických zařízení a může být inspirací pro širší využití aditivních technologií v oblasti proudových aparátů. Konkrétně pak výstup nalezne uplatnění v laboratoři SWARM v experimentálních jednotkách, které vyžadují tvorbu vakua. Zde bude také výstup experimentálně ověřován.

• Rešerše principu činnosti vodních ejektorů ve vakuových aplikacích
• Návrh a modelování geometrie ejektoru (např. v CAD softwaru).
• Výběr vhodného materiálu a technologie 3D tisku s ohledem na mechanické a chemické vlastnosti.
• Výroba prototypu a jeho experimentální testování (průtok, tlaková ztráta, účinnost).
• Porovnání výsledků experimentu s teoretickými výpočty a návrh pro vylepšení geometrie.

Zajímavosti:

Ejektory nemají pohyblivé části, a proto jsou extrémně spolehlivé a odolné proti poruchám. Moderní 3D tisk umožňuje vyrábět složité vnitřní geometrie (např. Lavalovy trysky nebo difuzory) v jediném výrobním kroku. Díky tomu lze dosáhnout tvarů, které by byly klasickými metodami výroby obtížně realizovatelné nebo nákladné.

Magnetické nanočástice: Nová éra přímé osmózy

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Václav Miklas, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Bakalářská práce je koncipována jako rešeršní studie. Zabývá se především průzkumem atraktivní, dosud málo probádané oblasti – využitím magnetických nanočástic v přímé osmóze. Práce je vhodná pro studenty se zájmem o nové aplikace v inženýrství, kteří chtějí se chtějí ponořit do světa inovativních technologií a přispět k rozvoji problematiky přímé osmózy, což může přinést efektivnější a udržitelnější řešení v současném technologickém postupu čištění odpadních vod.

Membránová filtrace je široce využívanou metodou v oblasti čištění a úpravy vod. Pro aplikace vyžadující špičkovou kvalitu vody (např. oběhové vodní hospodářství v podnicích) je nejpoužívanější reverzní osmóza, která však nese řadu nevýhod, hlavně z hlediska finanční a energetické náročnosti.  Přímá osmóza nabízí úspornější alternativu, avšak vyžaduje regeneraci pracovního roztoku (např. solanky), což je energeticky kritický krok. Využití magnetických nanočástic v inovativních pracovních roztocích, díky řádově snazší regeneraci, může představovat revoluci pro efektivní a ekologicky šetrnější využití v tomto odvětví. Tato technika nachází významné uplatnění nejen v čištění a úpravě vody, ale i v dalších průmyslových odvětvích, což z toto téma činí atraktivní nejen z vědeckého, ale i praktického hlediska, a nabízí řešení s velkým potenciálem pro budoucí aplikace.

• Úvod do přímé osmózy.
• Přehled pracovních roztoků u přímé osmózy, jejich vlastnosti výhody, nevýhody a limitace.
• Podrobná rešerše magnetických nanočástic s důrazem na jejich efektivitu, náklady, ekologické výhody, možné překážky v jejich implementaci a srovnání s konvenčními pracovními roztoky.

Zajímavosti:

Osmotický tlak může být tak silný, že se využívá k výrobě energie. V Norsku byl již v r. 2009 postaven pilotní projekt, který využívá rozdíl mezi slanou a sladkou vodou k produkci elektřiny.

Cirkulární průmysl: Synergické využití pracovního roztoku z přímé osmózy

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Václav Miklas, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Bakalářská práce propojuje teoretický výzkum a praktické experimenty zaměřené na synergické využití pracovního roztoku z přímé osmózy v rámci principů cirkulárního průmyslu. Cílem je nejen analyzovat dostupné poznatky z literatury, ale také provést ověřovací testy na reálné jednotce přímé osmózy. Na základě těchto testů budou identifikovány vhodné aplikace pro efektivní využití zředěného pracovního roztoku, čímž se podpoří uzavření vodního hospodářského cyklu. Práce je určena pro zájemce o inovativní a udržitelná řešení, která propojují teoretické poznatky s reálnou praxí.

S rostoucím tlakem na udržitelnost a snižování environmentální zátěže nabývá cirkulární ekonomika stále většího významu, zejména v průmyslových odvětvích s vysokou spotřebou vody a energie. Přímá osmóza je perspektivní technologie, která může výrazně přispět ke snížení nákladů na úpravu vody a k omezení odpadních proudů. Jedním z klíčových problémů je regenerace pracovního roztoku, jež představuje energeticky nejnáročnější krok celého procesu. Přímé využití zředěného pracovního roztoku v navazujících technologických operacích může tuto potřebu eliminovat. Propojení teoretických poznatků s experimentálními výsledky na skutečném zařízení umožní posoudit reálný potenciál této technologie a připravit podklady pro její širší průmyslovou implementaci.

• Popsat principy přímé osmózy a její možnosti v rámci cirkulárního průmyslu.
• Provedení literární rešerše pracovních roztoků používaných v přímé osmóze a jejich možných aplikací v průmyslových procesech.
• Experimentální ověření vybraných aplikací pracovního roztoku na dostupné jednotce přímé osmózy, včetně návrhu vhodného zapojení do průmyslového cyklu.
• Kvalitativní a kvantitativní vyhodnocení výsledků na základě měření a srovnání s dostupnými modely a literárními daty.

Zajímavosti:

Lidské tělo udržuje osmotický tlak v tělních tekutinách na přibližně 7,5–8 atm, což je klíčové pro transport vody. Vědci v tomto hledají inspiraci – biomimetické membrány, napodobující buněčné stěny, ukazují v oblasti reverzní i přímé osmózy velmi slibné výsledky s příslibem pro komerční využití.

Vlnovcový výměník

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Téma se zaměřuje na návrh výměníku tepla využívajícího vlnovcové potrubí. Tento typ potrubí je známý svou flexibilitou a velkým poměrem povrchu vůči délce. Práce zahrnuje jak teoretický model proudění páry uvnitř výměníku, tak praktický návrh konstrukce výměníku.

Řešení této problematiky je klíčové pro zlepšení účinnosti teplosměnných zařízení v průmyslu. Vlnovcové potrubí může výrazně zvýšit plochu výměníku bez navýšení nákladů. To vede k vyšší spolehlivosti a efektivitě energetických systémů.

• Navrhnout konstrukci výměníku s vlnovcovým potrubím.
• Vytvořit model proudění páry ve výměníku.

Zajímavosti:

Vlnovcové potrubí se často používá v kosmickém průmyslu díky své schopnosti odolat extrémním podmínkám. Jeho flexibilita a odolnost vůči teplotním změnám z něj činí ideální komponent pro aplikace, kde je klíčová spolehlivost a dlouhá životnost. Navíc, inovativní využití vlnovcového potrubí v teplosměnných zařízeních může přinést nové možnosti v oblasti energetické účinnosti.

Analýza výhodnosti vakového zásobníku pro podtlakové aplikace

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Téma se zabývá analýzou výhodnosti použití vakového zásobníku pro podtlakové aplikace. Vakový zásobník umožňuje ukládání provozní kapaliny za atmosférického tlaku pomocí čerpadla, což může být alternativou k tradičním podtlakovým nádobám, které ale nevyžadují čerpadlo. Cílem je porovnat efektivitu, náklady a provozní parametry obou systémů.

Řešení této problematiky je klíčové pro optimalizaci podtlakových systémů v průmyslových aplikacích. Správná volba zásobníku může vést k úsporám energie, snížení nákladů na údržbu a zvýšení celkové efektivity systému. Výsledky této analýzy mohou přinést významné ekonomické a ekologické výhody. Analýza pomůže při práci na vědeckém vývojovém projektu ABSYSTOR.

• Porovnat efektivitu vakového zásobníku a podtlakové nádoby.
• Analyzovat náklady na instalaci a provoz obou systémů.
• Vyhodnotit provozní parametry a spolehlivost.
• Navrhnout doporučení pro konkrétní aplikace.

Zajímavosti:

Víte, že podtlakové nádoby jsou pro velké objemy dražší, než vakové zásobníky? Na rozdíl od nich, ale nepotřebují pro plnění pomoc od čerpadla.

Rešerše tepelných baterií v průmyslu

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Rešerše tepelných baterií v průmyslu se zaměřuje na analýzu a hodnocení různých typů tepelných baterií používaných v průmyslových aplikacích. Téma zahrnuje zkoumání kapacity, účinnosti, způsobů nabíjení a vybíjení těchto baterií, a také jejich připojení k různým průmyslovým systémům.

Tepelné baterie představují klíčový prvek pro zvyšování energetické účinnosti a udržitelnosti v průmyslu. Jejich správné využití může vést k významným úsporám energie a snížení emisí skleníkových plynů. Výzkum v této oblasti je proto zásadní pro budoucí rozvoj průmyslových technologií.

• Analyzovat kapacitu tepelných baterií v průmyslových aplikacích.
• Zhodnotit aktuální formy tepelných baterií a jejich účinnost.
• Prozkoumat způsoby nabíjení a vybíjení tepelných baterií.
• Identifikovat aktuální formy připojení tepelných baterií k průmyslovým procesům.

Zajímavosti:

Víte, že tepelné baterie mohou uchovávat energii ve formě tepla po dobu několika dní až týdnů?

Návrh senzoriky absorpčního systému pro ukládání tepla

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Návrh senzoriky absorpčnímu systému tepla se zaměřuje na optimalizaci umístění a výběru senzorů pro monitorování a řízení procesů systému absorpčního typu tepelné baterie. Tento projekt zahrnuje i návrh vyhodnocovací jednotky, která bude zpracovávat data ze senzorů a poskytovat přesné informace o stavu systému.

Řešení této problematiky je klíčové pro zlepšení energetické účinnosti a snížení provozních nákladů v průmyslových aplikacích. Přesné monitorování a řízení parametrů může vést k optimalizaci výkonu systému, snížení spotřeby energie a minimalizaci emisí skleníkových plynů. Tento projekt přispívá k udržitelnému rozvoji a ochraně životního prostředí. Práce se dotýká projektu ABSYSTOR.

• Navrhnout umístění senzorů v absorpčním systému tepla.
• Vybrat vhodné typy senzorů pro monitorování relevantních parametrů.
• Vytvořit návrh vyhodnocovací jednotky pro zpracování dat ze senzorů.

Zajímavosti:

Víte, že absorpční systémy tepla mohou využívat odpadní teplo z průmyslových procesů, čímž snižují celkovou spotřebu energie?

Víte, že správně navržený systém senzoriky může prodloužit životnost absorpčního systému tepla tím, že předchází nánosům a krystalizaci v systému i jiným provozním problémům?

Experiment pro ověření absorpčně-desorpční tepelné bilance

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Experiment absorpčně-desorpční tepelné bilance se zaměřuje na studium procesů absorpce a desorpce tepla v úložišti tepla. Tento experiment je klíčový pro pochopení, jak materiály reagují při absorpci a jak při desorpci. Cílem je navrhnout a provést experiment, který přesně měří tepelné vlastnosti pracovní látky a vyhodnotí účinnost v různých podmínkách.

Řešení této problematiky je zásadní pro vývoj jednotky pro ukládání tepla absorpčním způsobem. To může vést k efektivnějšímu využívání energie, snížení nákladů a zlepšení celkové energetické účinnosti průmyslových procesů. Výsledky tohoto výzkumu mohou také přispět k udržitelnějšímu rozvoji a ochraně životního prostředí.

• Navrhnout experiment měření absorpčně-desorpční tepelné bilance.
• Provedení experimentu s pracovní látkou za vybranými podmínkami.
• Vyhodnotit výsledky a porovnat je s teoretickými předpoklady.

Zajímavosti:

Víte, že validace tabulkových dat je klíčová pro vývoj nových zařízení s lepšími vlastnostmi?

Rešerše měřených veličin odpadních vod

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Rešerše měřených veličin odpadních vod se zaměřuje na analýzu různých parametrů, které jsou klíčové pro hodnocení kvality odpadních vod. Téma zahrnuje jak rešerši kvalitativních, tak kvantitativních měření, a to pomocí různých senzorů a technologií. Cílem je poskytnout komplexní přehled o metodách a technikách používaných při monitorování a vyhodnocování odpadních vod.

Řešení problematiky měření veličin odpadních vod je zásadní pro ochranu životního prostředí a veřejného zdraví. Přesné a spolehlivé měření umožňuje identifikovat znečišťující látky a jejich koncentrace, což je klíčové pro efektivní řízení a čištění odpadních vod. Tím se přispívá k udržitelnosti vodních zdrojů a prevenci ekologických katastrof.

• Identifikovat klíčové veličiny měřené v odpadních vodách.
• Analyzovat metody kvalitativního a kvantitativního měření.
• Posoudit efektivitu různých senzorů a technologií.

Zajímavosti:

Víte, že moderní senzory dokážou detekovat i velmi nízké koncentrace znečišťujících látek v odpadních vodách?

Víte, že některé technologie používané při měření odpadních vod jsou schopny analyzovat vzorky v reálném čase? To by mohlo zabránit například katastrofě na Bečvě…

Návrh in situ senzoriky odpadní vody

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Jan Kalina

Charakteristika tématu:

Rozsah tématu bude přizpůsoben podle typu práce (BP/DP). Téma se zaměřuje na návrh in situ senzoriky pro monitorování kvality odpadní vody. Cílem je navrhnout systém, který umožní kontinuální a přesné měření různých parametrů, jako například pH, teplota, chemické složení a biologické kontaminanty. Tento systém by měl být schopen fungovat v reálném čase a poskytovat data pro okamžitou analýzu a řízení technologie ČOV.

Monitorování kvality odpadní vody je klíčové pro ochranu životního prostředí a veřejného zdraví. Efektivní senzorický systém může pomoci identifikovat znečištění v raném stádiu, což umožní rychlou reakci a minimalizaci negativních dopadů. Navíc, přesné a kontinuální měření může přispět k optimalizaci procesů čištění vody a snížení provozních nákladů.

• Rešerše měřitelných veličin a sledovaných parametrů odpadní vody
• Návrh systému senzoriky in situ odpadní vody
• Zohlednění požadavku na dlouhodobou stabilitu a odolnost systému
• Zohlednění ekonomické efektivity navrženého řešení

Zajímavosti:

Víte, že v současnosti probíhá analýza odpadní vody po čištění systémem odběru vzorků a jejich analýzy v laboratoři? Celý proces je nákladný, zdlouhavý a neumožňuje rychlé zásahy do technologie čistírny odpadních vod? Senzorika navrhovaná v této práci by mohla zamezit incidentu na Bečvě…

Využití pokročilých oxidačních procesů při zpracování průmyslových odpadních vod

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. David Horňák

Charakteristika tématu:

Nabízené téma bakalářské práce je rešeršního charakteru. Práce je vhodná pro studenty, kteří se chtějí seznámit s problematikou recyklace průmyslových odpadních vod a s technologiemi pokročilých oxidačních procesů. Pokud Vás tématika recyklace odpadních vod a cirkulární ekonomiky zajímá, ale výše uvedené téma vám nevyhovuje nebo máte vlastní téma týkající se této problematiky, neváhejte kontaktovat vedoucího této práce.

Zpracování a následné vypouštění průmyslových odpadních vod je vysoce aktuálním tématem, jelikož průmyslové podniky musejí plnit přísné limity při vypouštění odpadních vod do recipientu či na čistírny odpadních vod. Vzhledem k vysoké variabilitě jak složení, tak množství produkovaných odpadních vod napříč jednotlivými odvětvími, ale i v rámci jednoho průmyslového sektoru, je nalezení a volba vhodné technologie klíčová. Pokročilé oxidační procesy se v poslední době začínají uplatňovat v celé řadě aplikací včetně zpracování odpadních vod. Tato práce by měla podat ucelený přehled pokročilých oxidačních metod, které lze využít při zpracování odpadních vod a na vybraném typu odpadní vody demonstrovat použití těchto technologií.

• Rešerše technologií pokročilých oxidačních procesů
• Srovnání jednotlivých pokročilých oxidačních procesů
• Výběr vhodného typu odpadní vody s ohledem na využití pokročilých oxidačních procesů
• Identifikace a porovnání vhodných pokročilých oxidačních procesů pro vybraný typ odpadní vod

Zajímavosti:

Množství přízemního ozonu v atmosféře nacházejícího se na ploše fotbalového hřiště by stačilo k pokročilé oxidaci stovek litrů odpadní vody.

Technologický postup odstraňování PFAS z průmyslových odpadních vod

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. David Horňák

Charakteristika tématu:

Jedná se o rešeršní práci s praktickým výstupem v podobě výpočtového zjednodušeného návrhu recyklační linky. Student provede kritickou literární rešerši na základě, které vybere vhodnou odpadní vodu s vysokým obsahem per- a polyfluoroalkylové látek neboli PFAS a vhodný technologický postup jejich odstranění. Hlavním výstupem by měl být zjednodušený návrh recyklační linky pro danou odpadní vodu. Práce je vhodná pro studenty, které zajímá téma recyklace odpadních vod a cirkulární ekonomiky. Pokud Vás tato tématika zajímá, ale výše uvedené téma vám nevyhovuje nebo máte vlastní téma týkající se této problematiky, neváhejte kontaktovat vedoucího této práce.

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) neboli „věčné chemikálie“ představují skupinu perzistentních látek, které se v prostředí prakticky nerozkládají a snadno se šíří vodním prostředím. V průmyslových odpadních vodách se mohou vyskytovat ve značných koncentracích, přičemž jejich odstraňování z vodního toku je technologicky i ekonomicky náročné.V současné praxi se většina dostupných řešení zaměřuje na separaci PFAS z vody – tedy jejich zachycení a soustředění do menšího objemu (adsorbenty, membránové procesy, iontoměniče). Tyto separační technologie mohou výrazně snížit koncentraci PFAS ve vyčištěné vodě a umožnit její opětovné využití nebo bezpečné vypouštění. Správný výběr technologie a návrh vhodné linky pro konkrétní typ odpadní vody je proto klíčový jak pro splnění legislativních požadavků, tak pro optimalizaci provozních nákladů.

• Identifikace odpadních vod s vysokým obsahem PFAS
• Kritická rešerše technologií vhodných k odstranění PFAS z dané odpadní vody
• Zjednodušený návrh technologické linky pro vybraný případ

Zajímavosti:

Hasicí pěny používané při zásazích a cvičeních na letištích tradičně obsahují PFAS. Z tohoto důvodu bývá v povrchových a podzemních vodách zvýšená koncentrace PFAS v blízkosti letišť. V posledních letech proto evropská letiště přechází na bezfluorové pěny v rámci postupného zákazu PFAS.

Čištění a údržba membránových systémů využívaných k recyklaci průmyslových odpadních vod

Garant: Ing. Mgr. Marek Vondra, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. David Horňák

Charakteristika tématu:

Jedná se o kombinaci rešeršní a praktické práce. Student provede kritickou literární rešerši zanášení a čisticích/údržbových postupů tlakových membránových systémů. Na základě rešerše poté navrhne a provede plánovaný experiment v laboratoři SWARM. Hlavním cílem bude určení vhodného postupu údržby dané membránové technologie pro vybraný typ odpadní vody. Student si při vypracovávání práce bude moci vyzkoušet širokou škálu experimentálního zařízení. Práce je vhodná pro studenty, které zajímá téma recyklace odpadních vod a cirkulární ekonomiky, a zároveň mají zájem si vyzkoušet práci v laboratoři. Pokud Vás tato tématika zajímá, ale výše uvedené téma vám nevyhovuje nebo máte vlastní téma týkající se této problematiky, neváhejte kontaktovat vedoucího této práce.

Zanášení membrán je jednou z hlavních překážek širšího nasazení tlakových membránových systémů při recyklaci průmyslových odpadních vod. Správně zvolená a zdokumentovaná údržba může zvýšit tok permeátu, snížit energetickou náročnost a prodloužit životnost modulů; zároveň ovlivňuje spotřebu chemikálií, délku odstávek i kvalitu produkované vody. Cílená optimalizace těchto faktorů, s ohledem na konkrétní odpadní vodu, materiál a typ membrány, je klíčová pro technicko-ekonomickou proveditelnost a úspěšnou implementaci technologie v praxi.

• Popis procesu zanášení tlakových membránových systému
• Kritická rešerše opatření ke snížení zanášení s důrazem na čištění a proplachy membrán
• Návrh plánovaného experimentu k určení vhodného postupu údržby membránového systému
• Provedení a vyhodnocení plánovaného experimentu

Zajímavosti:

Zvýšení teploty mycího roztoku o 10 °C může přibližně zdvojnásobit rychlost chemického čištění, pokud to materiál membrány dovolí. Teplota, je proto jeden ze zásadních faktorů ovlivňující účinnost čisticího procesu.