Evaluating theoretical and empirical models to forecast feeding capacities of bulk materials
Malm, Henna (2021)
Diplomityö
Malm, Henna
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021102952945
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021102952945
Tiivistelmä
Increasing variety and quantity of products are manufactured in powder and granular form and almost all industries are either using or related to them. Bulk handling industries are using screw feeders commonly for controlled material flow; however, productivity issues arise since one particular feeder configuration cannot handle all types of materials due to high differences in powder flowability.
The aim of this thesis was to develop a user-friendly and improved volumetric feeder sizing tool, which would predict feeding capacities from customers’ materials. Based on these predictions, the model was intended to suggest feeder configuration regarding screw size, hopper size, intromitter, and vertical agitator. Along with the main goal, the purpose was to generate informative and systematic guidelines for experimental tests.
The basis of the thesis was built with a literature review familiarizing the topic and existing research and findings. A case study was then conducted by using triangulation as a data collection method, combining information from scientific literature, commercial sources, the company’s internal literature, and interviews and experimental tests.
The improved calculator was developed with two different model approaches. Both models were able to predict validation materials successfully and achieve significantly higher prediction accuracy compared to the old model. Suggestions to increase reliability and further developments were identified. In conclusion, by assessing the materials used in this research it was seen that a single technique and parameter can guide to interpret the powder flowabilities, but it is not necessarily thoroughly describing powder behavior in the feeding process. Inaccuracies on powder behavior were observed when comparing assumptions to results. Jauheina ja rakeina valmistettujen materiaalien määrä sekä valikoima kasvaa jatkuvasti samoin kuin lähes kaikki teollisuuden alat, joko käsittevät tai ovat jollain tavalla kytköksissä niihin. Bulkkimateriaalia käsittelevät teollisuudet käyttävät yleensä ruuvisyöttölaitetta kontrolloituun materiaalinsyöttöön. Tuottavuusongelmia syntyy, kun yksi syöttölaitekokoonpano ei pysty käsittelemään kaikentyyppisiä materiaaleja, niiden suurten valuvuuserojen takia.
Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää käyttäjäystävällinen ja paranneltu työkalu volumetriseen syöttölaitteen mitoitukseen, joka ennustaa asiakkaiden materiaalien syöttökapasiteettia. Näiden ennusteiden perusteella työkalun oli tarkoitus ehdottaa ruuvisyöttölaitekokoonpanoa ruuvin koon, syöttöastian koon sekä pysty- ja vaakasekoittimien suhteen. Päätavoitteen lisäksi oli tarkoitus luoda informatiivisia ja järjestelmällisiä ohjeita kokeellisia testejä varten.
Työn perustana käytettiin kirjallisuuskatsausta, jolla perehdyttiin aiheeseen ja tehtyihin tutkimuksiin ja havaintoihin. Case-tutkimus tehtiin käyttämällä triangulaatiota tiedonkeruumenetelmänä, yhdistelemällä tietoa tieteellisistä- ja kaupallisista lähteistä, yrityksen sisäisestä kirjallisuudesta, haastatteluista sekä kokeellisista tutkimuksista.
Paranneltu työkalu kehitettiin sisältäen kaksi eri lähestymistapaa. Molemmat mallit ennustivat validointimateriaalit onnistuneesti ja saavuttivat huomattavasti paremman ennustustarkkuuden verrattuna vanhaan työkaluun. Ehdotuksia annettiin myös luotettavuuden lisäämiseksi, sekä jatkokehityksiä varten. Johtopäätöksenä todettiin, että yksi mittaustekniikka ja parameteri voi auttaa tulkitsemaan materiaalin valuvuutta, mutta ei välttämättä kuvaa perusteellisesti jauheen käyttäytymistä syöttölaitteessa. Työssä havaittiin ristiriitoja, kun verrattiin jauheen käyttäytymisen oletuksia mitattuihin tuloksiin.
The aim of this thesis was to develop a user-friendly and improved volumetric feeder sizing tool, which would predict feeding capacities from customers’ materials. Based on these predictions, the model was intended to suggest feeder configuration regarding screw size, hopper size, intromitter, and vertical agitator. Along with the main goal, the purpose was to generate informative and systematic guidelines for experimental tests.
The basis of the thesis was built with a literature review familiarizing the topic and existing research and findings. A case study was then conducted by using triangulation as a data collection method, combining information from scientific literature, commercial sources, the company’s internal literature, and interviews and experimental tests.
The improved calculator was developed with two different model approaches. Both models were able to predict validation materials successfully and achieve significantly higher prediction accuracy compared to the old model. Suggestions to increase reliability and further developments were identified. In conclusion, by assessing the materials used in this research it was seen that a single technique and parameter can guide to interpret the powder flowabilities, but it is not necessarily thoroughly describing powder behavior in the feeding process. Inaccuracies on powder behavior were observed when comparing assumptions to results.
Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää käyttäjäystävällinen ja paranneltu työkalu volumetriseen syöttölaitteen mitoitukseen, joka ennustaa asiakkaiden materiaalien syöttökapasiteettia. Näiden ennusteiden perusteella työkalun oli tarkoitus ehdottaa ruuvisyöttölaitekokoonpanoa ruuvin koon, syöttöastian koon sekä pysty- ja vaakasekoittimien suhteen. Päätavoitteen lisäksi oli tarkoitus luoda informatiivisia ja järjestelmällisiä ohjeita kokeellisia testejä varten.
Työn perustana käytettiin kirjallisuuskatsausta, jolla perehdyttiin aiheeseen ja tehtyihin tutkimuksiin ja havaintoihin. Case-tutkimus tehtiin käyttämällä triangulaatiota tiedonkeruumenetelmänä, yhdistelemällä tietoa tieteellisistä- ja kaupallisista lähteistä, yrityksen sisäisestä kirjallisuudesta, haastatteluista sekä kokeellisista tutkimuksista.
Paranneltu työkalu kehitettiin sisältäen kaksi eri lähestymistapaa. Molemmat mallit ennustivat validointimateriaalit onnistuneesti ja saavuttivat huomattavasti paremman ennustustarkkuuden verrattuna vanhaan työkaluun. Ehdotuksia annettiin myös luotettavuuden lisäämiseksi, sekä jatkokehityksiä varten. Johtopäätöksenä todettiin, että yksi mittaustekniikka ja parameteri voi auttaa tulkitsemaan materiaalin valuvuutta, mutta ei välttämättä kuvaa perusteellisesti jauheen käyttäytymistä syöttölaitteessa. Työssä havaittiin ristiriitoja, kun verrattiin jauheen käyttäytymisen oletuksia mitattuihin tuloksiin.