Badania doświadczalne i analiza cyfrowa ziarnistości pyłów palnych

Cel: W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych oraz analizy cyfrowej ziarnistości pyłów palnych poddawanych testom parametrów wybuchowości w Zespole Laboratoriów Procesów Spalania i Wybuchowości CNBOP-PIB. W artykule opisano wyniki analizy sitowej pyłów, takich jak aluminium, kakao, likopodium, czy bułka tarta oraz problemy występujące podczas przesiewania pyłów w celu zbadania ich ziarnistości. Metodyka: Ze względu na przedmiot artykułu, oprócz badań doświadczalnych, wykorzystano mikroskop, aparat fotograficzny z adapterem do mikroskopu oraz komputer w celu opracowania alternatywnej metody badania ziarnistości pyłów. Wobec dużej różnorodności właściwości napotykanych materiałów nie jest możliwe wytypowanie jednej tylko metody analizy sitowej, którą można by zastosować do wszystkich badanych pyłów palnych. Pyły te różnią się właściwościami zarówno fizycznymi, jak i chemicznymi, takimi jak gęstość, kruchość, kształt ziarna, właściwości kohezyjne czy magnetyczne. Podstawowym problemem wynikającym z tych właściwości jest odpowiedni dobór parametrów oraz techniki ich przesiewania. Dla każdego materiału indywidualnie określić należy optymalny czas przesiewania, amplitudę wstrząsania, czy częstotliwość ręcznego ostukiwania, które niekiedy okazuje się konieczne. Wyboru parametrów dokonuje się empirycznie, co niekiedy bywa bardzo czasochłonne. Następnie dokonano analizy cyfrowej fotografii cząstek pyłu. Metoda ta opiera się na analizie fotografii cyfrowej z wykorzystaniem darmowego programu Image-J. W metodzie tej zdjęcie poddawane jest obróbce i analizie cyfrowej w celu uzyskania obrazu binarnego o określonym progu. Wyniki: Próby badania ziarnistości z wykorzystaniem jedynie metody cyfrowej okazały się znacznie bardziej czasochłonne. Główną przyczyną były duże niedokładności, skomplikowany proces przygotowania próbki, wykonania zdjęć ułatwiających późniejszą obróbkę oraz sam proces obróbki graficznej. Przetworzenie każdej z fotografii wymaga rozdzielenia złączonych ze sobą cząstek pyłu lub usunięcia fragmentów problematycznych, co w przypadku kilkudziesięciu zdjęć zajmuje wiele roboczogodzin. Wnioski: Na podstawie uzyskanych wyników metody nie można uznać za skuteczną alternatywę dla analizy sitowej. Przyczyną takiego stanu rzeczy są rozbieżności w wartościach średnicy sitowej oraz średnicy pozornej – dwu różnych sposobów określania ziarnistości pyłu w wymienionych wyżej metodach badawczych. Metoda pozwala jednak w pewnym stopniu usprawnić metodę analizy sitowej, pozwalając wstępnie oszacować ziarnistość danego pyłu, wybrać odpowiedni zestaw sit, a także wartości nasypowe pyłu.

Aim: This paper presents the experimental study and digital analysis of flammable dust granularity performed in the Combustion Processes and Explosion Lab at the Scientific and Research Centre for Fire Protection (CNBOP-PIB). It contains experimental results of sieve analysis of several dusts such as aluminum, cocoa, lycopodium and breadcrumbs. It notices some problems identified during the screening of dust in order to examine its granularity. Methodology: Except some experimental work during the study the authors also used the laboratory microscope, camera with adapter for microscope and a computer in order to develop an alternative test method for granularity measurement. Due to a large variety of material properties it is not possible to nominate only one sieve analysis method that can be applied for all the combustible dust types. These dusts have large variety of properties both physical and chemical, such as density, fragility, grain shape, cohesive or magnetic properties. The main problem arising with these properties is suitable selection of parameters and sieving technique. For each material there is a need to determine individually the optimal sieving time, shaking amplitude or the frequency of manual tapping, which sometimes turns out to be necessary. Parameter selection needs to be made empirically, which sometimes can be very time consuming. The alternative method is based on the analysis of digital photography using the open source Image-J software. In this method, the image was processed in order to obtain a binary image with a specific threshold. Results: Granularity testing using only a digital method proved to be much more time consuming. The main reason was the large discrepancies in the results due to errors in all phases of work, such as the complicated process of preparation of the sample shots to facilitate further processing and graphics processing process itself. The processing of each of the photo requires the separation of accumulated dust particles or to remove problematic fragments, which in case of several tens of pictures takes a lot of man-hours. Conclusions: On the basis of tests results, this method cannot be considered as effective and alternative to the sieving analysis. The reason could be some discrepancies of the diameter of the sieve and the apparent diameter - two different ways of determining granularity of dust in this two methods. However, this method allows improving the sieving analysis process and estimating the granularity of the pre-dust, choose the right set and bulk of dust.