---

---

Vliv předúpravy odpadní vody na efektivitu membránových procesů

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. David Horňák

Charakteristika tématu:

Nabízené téma bakalářské práce je experimentálního charakteru. Práce je vhodná pro studenty, kteří mají zájem o praktické experimenty a chtějí se hlouběji seznámit s moderními technologiemi v oblasti čištění odpadních vod. Studenti budou mít možnost provádět laboratorní experimenty, které jim nejen rozšíří znalosti o zpracování odpadních vod, ale také jim umožní získat cenné praktické zkušenosti s reálným laboratorním vybavením.

Význam řešené problematiky:

Membránové technologie jsou v poslední době trendem v oblasti separace látek. Jejich využití je velmi široké, avšak ne pro každou aplikaci jsou membránové technologie vhodné, zejména v oblasti zpracování odpadních vod. Jednou z největších výzev u zpracování odpadních vod je zanášení membrán. To lze minimalizovat mnoha způsoby, např. předúpravou vody (koagulace, sedimentace atd.), změnou provozních podmínek, úpravou konstrukce nebo materiálu membrány apod. Tato práce by se měla zaměřit na předúpravu vody a její vliv na následný membránový proces. Student na základě rešerše literatury a vlastního experimentálního měření v Laboratoři energeticky náročných procesů zhodnotí vliv jedné vybrané metody předúpravy odpadní vody (koagulace, flokulace, sedimentace atd.) na jeden zvolený membránový proces (mikrofiltrace, ultrafiltrace, reverzní osmóza).

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Rešerše metod předúpravy odpadních vod a membránových technologií
• Výběr vhodné metody předúpravy odpadní vody
• Návrh, provedení a zhodnocení experimentu pro danou odpadní vodu

Zajímavosti:

Správně zvolená předúprava může snížit frekvenci čištění membrán při mikrofiltraci až o 70 %, což výrazně snižuje provozní náklady a zvyšuje efektivitu celého procesu čištění odpadní vody.

---

Využití pokročilých oxidačních procesů při zpracování průmyslových odpadních vod

Garant: Ing. Michal Touš, 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 průmyslových odpadních vod a s technologiemi pokročilých oxidačních procesů.

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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

Zajímavost:

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

---

Efektivní metody čištění odpadní vody po recyklaci plastů

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Michaela Procházková

Charakteristika tématu:

Téma bakalářské práce se zaměřuje na problematiku odpadních vod vznikajících během recyklace plastového odpadu. Téma práce je rešeršního charakteru, případně je možné do práce zahrnout experimentální činnost. 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.

Význam řešené problematiky:

Recyklace plastů je klíčová pro snížení znečištění životního prostředí, avšak při těchto procesech vzniká velké množství odpadní vody. Ta je často neefektivně zpracována a 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 životním 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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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.

---

Udržitelné nakládání s vodou během životního cyklu baterií a/nebo fotovoltaických panelů

Garant: Ing. Michal Touš, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Michaela Procházková

Charakteristika tématu:

Tato bakalářská práce je zaměřena na problematiku nakládání s vodou při výrobě, provozu a recyklaci elektroodpadu, převážně baterií a fotovoltaických panelů. Cílem práce je prozkoumat technologie čištění těchto odpadních vod a možnosti optimalizace spotřeby vody a minimalizace znečištění vod v průmyslu spojeném s obnovitelnými zdroji energie. 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.

Význam řešené problematiky:

Vzhledem k narůstající poptávce po bateriích a fotovoltaických panelech, které jsou klíčové pro přechod na obnovitelné zdroje energie, se zvyšuje potřeba efektivního hospodaření s vodními zdroji. Voda je nezbytnou součástí výroby i recyklace těchto zařízení, ale při neefektivním nakládání s odpadními vodami hrozí znečištění vodních ekosystémů těžkými kovy a dalšími toxickými látkami. Efektivní nakládání s vodou nejenže snižuje environmentální rizika, ale také podporuje udržitelnost celého životního cyklu elektroodpadu.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Literární rešerše současného stavu poznání produkce a složení odpadních vod
• Analýza platné legislativy týkající se nakládání s odpadní vodou
• Zmapování využívaných technologií zpracování odpadní vody
• 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.

---

Recyklace vody na vesmírné stanici

Garant: Mgr. Ing. Marek Vondra Ph.D.
Vedoucí práce: Mgr. Ing. 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 nebo misi.

Význam řešené problematiky:

Predikce chování systémů je pro procesního inženýra klíčová, ať už se jedná 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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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.

---

Data science jako prostředek pro analýzu a zlepšování průmyslových procesů

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

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 vhodnými metodami 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

Zajímavosti:

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

---

Magnetické nanočástice: Nová éra přímé osmózy

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

Charakteristika tématu:

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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. Michal Touš Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Václav Miklas

Charakteristika tématu:

Význam řešené problematiky:

V současné době roste důraz na udržitelnost a cirkulární ekonomiku, zejména v průmyslovém prostředí, kde jsou vodní zdroje vzácné a energeticky náročné procesy pro čištění a úpravu vody jsou nákladné. Přímá osmóza představuje inovativní technologii, která může přispět k úsporám energie a snížení spotřeby vody. Významnou výzvou je však regenerace pracovního roztoku – energeticky nejnáročnější krok, který by bylo možné pomocí přímého využití zředěného pracovního roztoku eliminovat. Vytvoření uzavřeného systému by nejen snížilo náklady na vodní zdroje, ale také přispělo k environmentální udržitelnosti. Téma má velký potenciál pro praktické aplikace v různých odvětvích a je atraktivní pro budoucí výzkum i implementaci v reálných provozech.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Úvod do přímé osmózy, její principy a role v cirkulárním průmyslu
• Rešerše pracovních roztoků používaných v přímé osmóze a identifikace konkrétních aplikací pro jejich synergické využití v průmyslovém procesu, s důrazem na cirkulární ekonomiku a uzavření vodního cyklu
• Kvalitativní a kvantitativní posouzení vybrané aplikace na základě dostupných literárních dat a výpočtových modelů

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.

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.

---

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 a Teslou.

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.

Zajímavosti:

Nadměrná výroba solární energie během slunečných dnů může způsobit napěťové rázy v elektrické síti, které mohou poškodit spotřebiče a infrastrukturu, což zvýrazňuje potřebu pokročilých řešení pro řízení sítě, aby byla integrace solární energie vyvážená.

---

Digitální dvojčata čistíren odpadních vod

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

Charakteristika tématu:

Téma bakalářské práce je rešeršního charakteru. Vhodná je zejména pro studenty s chutí „něco opravdu změnit“, a to poukázat na potenciál modelování a simulace čistíren odpadních vod, tedy oblasti s nižší mírou dosavadního praktického uplatnění těchto postupů.

Význam řešené problematiky:

Predikce chování systémů je pro procesního inženýra klíčová, ať už se jedná o návrh, troubleshooting či optimalizaci zařízení. Nejinak je tomu u čistíren odpadních vod (ČOV), které však často vynikají dynamikou procesů a vysokou mírou komplexity, což činí jejich modelování velkou výzvou. O tom svědčí i to, že například od vzniku prvních dynamických modelů aktivovaného kalu v 80. letech nedošlo k výraznému rozšíření procesní simulace v tomto odvětví. Čistírny tak často mohou být provozovány neoptimálně z pohledu energií a emisí, a nedisponují nástroji pro vyhodnocení potenciálních investic či změněných provozních stavů. Jedná se tedy o velmi aktuální téma bakalářská práce, která by podala ucelený přehled o možnostech, omezeních a trendech v oblasti simulace ČOV.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Stručný úvod do technologie ČOV
• Rešerše a popis dostupných modelových přístupů pro ČOV, případně komerčních produktů tyto přístupy využívajících
• Diskuze nad představenými řešeními z pohledu uplatnitelnosti v praxi v rámci ČR, s důrazem na kompromis mezi náročností tvorby modelu a jeho praktickými přínosy

Zajímavosti:

Největší čistírna odpadních vod na světě, Blue Plains Advanced Wastewater Treatment Plant, zpracuje denně kolem 1,25 mil. kubických metrů odpadní vody. To je objem odpovídající krychli o hraně zhruba 108 metrů.

---

Analýza výhodnosti vakového zásobníku pro podtlakové aplikace

Garant: Ing. Michal Touš 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.

Význam řešené problematiky:

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 vývoji v projektu ABSYSTOR.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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. Michal Touš 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.

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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 absorpčnímu systému tepla

Garant: Ing. Michal Touš 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.

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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 podtlakové nádoby jsou pro velké objemy dražší, než vakové Víte, že absorpční systémy tepla mohou využívat odpadní teplo z průmyslových procesů, čímž snižují celkovou spotřebu energie?

---

Experiment absorpčně-desorpční tepelné bilance

Garant: Ing. Michal Touš 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.

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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. Michal Touš 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.

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

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

Zajímavosti:

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

---

Návrh in situ senzoriky odpadní vody

Garant: Ing. Michal Touš 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.

Význam řešené problematiky:

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.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• 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 membránových technologií v systémech nakládání s odpadními vodami

Garant: Ing. Michal Touš 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 využití membránových technologií se zaměřením na odpadní vody.

V případě zájmu studenta je možné zacílit práci více na experimentální činnost. Student by na základě rešerše vybral jeden (případně více) konkrétní typ odpadní vody, s kterou by provedl experimenty na technologiích v Laboratoři energeticky náročných procesů.

Význam řešené problematiky:

Membránové technologie jsou v poslední době trendem v oblasti separace látek. Jejich využití je velmi široké, avšak ne pro každou aplikaci jsou membránové technologie vhodné, zejména v oblasti zpracování odpadních vod. Záleží na vlastnostech zpracovávaného roztoku i na charakteristikách procesu k němuž je zpracování odpadní vody přidruženo. Práce by tedy měla podat přehled o membránových technologiích a jejich výhodách a nevýhodách. V případě zájmu studenta by mohla být práce rozšířena o jednoduchý experiment s konkrétním typem odpadní vody (mlékárenská, prádelenská, vinařská apod.), na které by byla testována účinnost membránových technologií.

Cíle, kterých má být dosaženo:

• Rešerše membránových technologií
• Srovnání membránových technologií
• Zhodnocení možnosti využití pro vybrané odpadní vody

Zajímavosti:

Víte, že v současnosti probíhá analýza odpadní vody po čištění systémem Například nanofiltry mají velikost pórů 1 až 3 nm a separují látky přibližně do 102-104 Da, což odpovídá např. molekulám cukrů, barviv, pesticidů a herbicidů.

---

Modelování Chytré domácnosti

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

Charakteristika tématu:

Nabízené téma bakalářské práce je rešeršního charakteru. Práce je vhodná pro studenty, kteří se chtějí seznámit s problematikou využití membránových technologií se zaměřením na odpadní vody.

V případě zájmu studenta je možné zacílit práci více na experimentální činnost. Student by na základě rešerše vybral jeden (případně více) konkrétní typ odpadní vody, s kterou by provedl experimenty na technologiích v Laboratoři energeticky náročných procesů.

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.

Zajímavosti:

Navzdory běžnému přesvědčení jsou chytré domy známé již dlouho. První koncepty vznikly v letech 1966 až 1967.

---

Zdroje energie pro rodinný dům

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

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

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.

---

Poklad v kalu: Inovace v oblasti získávání fosforu z popela pomocí biologického loužení

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

Charakteristika tématu:

Nedostatek fosforu, zejména v souvislosti s jeho těžbou a zdroji v Evropě, je stále větším problémem. Fosfor je pro zemědělství klíčovým prvkem, protože je základní složkou hnojiv, což je pro výrobu potravin nezbytné. Většina světových zásob fosforu však pochází z několika zemí, především z Maroka a Číny. V Evropě představuje závislost na dovozu fosforu ekonomická a strategická rizika.  

Evropská unie se snaží tento problém strategicky řešit podporou recyklace fosforu a snižováním množství odpadu. Z těchto důvodů je fosfor od roku 2014 uváděn v seznamu kritických surovin EU a existují už několik let snahy o zpětné získávání fosforu z čistírenských kalů.  

V Česku bude využití kalů v zemědělství v důsledku přísnějších právních předpisů brzy omezeno, nebo zcela zakázáno, a tím vzniká tlak na jiné zpracování čistírenských kalů. A zde je myšleno především jejich termické využití. Koncentrace fosforu v čistírenském kalu se pohybuje od 2 do 4 % hm. v sušině kalu.  

Jenou z inovativních možností by bylo získávat fosfor z popela kalů bio-loužením. Cílem práce je prozkoumat aktuální stav této problematiky a přispět k řešení této palčivé problematiky. 

Význam řešené problematiky:

• Využití čistírenských kalů v zemědělství je v ČR i nadále možné podle Vyhlášky č. 437/2016 Sb. o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě a Vyhlášky č. 237/2017 Sb. o stanovení požadavků na hnojiva. Tyto předpisy se ale zpřísnily, především co se týče mikrobiologických kritérií pro použití upravených kalů v zemědělství. Trend ke zpřísnění limitních hodnot pro použití kalů v zemědělství je do budoucna očividně nevyhnutelný. 
• Produkty vyvíjených technologií musí obsahovat fosfor ve formě, která je pro užitkové rostliny nejlépe biologicky dostupná, a současně neobsahuje znečišťující látky, např. těžké kovy, určité organické látky a patogenní mikroorganismy. 

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Fosfor jako zdroj pro výrobu hnojiv, lokalizace zdrojů fosforu a jeho dostupné množství 

2. Čistírenské kaly jako možný zdroj odpadního fosforu pro jeho recyklaci 

3. Techniky a metody získávání fosforu z čistírenských kalů obecně 

4. Možnosti využití popelů kalů ČOV jako zdroje pro recyklaci fosforu 

5. Techniky bio-loužení popelů kalů ČOV jako následného kroku recyklace 

6. Propojení přípravy popelů kalů ČOV termickou cestou s procesem bio-loužení – možnosti aditivace kalů pro zlepšení procesu 

7. Přehled existujících provozů využívajících popely kalů ČOV jako zdroj fosforu pro recyklaci 

8. Zhodnocení rešeršně získaných poznatků. 

Zajímavosti:

• https://www.youtube.com/watch?v=Y17HqUsaoj8 

---

---

Navrhování procesů nebo jejich zařízení

TÉMATICKÝ OKRUH

---

Posuzování energetické náročnosti průmyslových procesů a jejich zařízení

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).

Zajímavosti:

Celkem lze na téma přijmout až 10 studentů, přičemž každý student může řešit své individuální zadání (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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.