Diskreettiaikainen liukuvan moodin säätö kiinteäoksidipolttokennon DC-tasonnostossa

Huoli ympäristön tilasta ja fossiilisten polttoaineiden hinnan nousu ovat vauhdittaneet tutkimusta uusien energialähteiden löytämiseksi. Polttokennot ovat yksi lupaavimmista tekniikoista etenkin hajautetun energiantuotannon, varavoimalaitosten sekä liikennevälineiden alueella. Polttokenno on tehonlähteenä kuitenkin hyvin epäideaalinen, ja se asettaa tehoelektroniikalle lukuisia erityisvaatimuksia. Polttokennon kytkeminen sähköverkkoon on tavallisesti toteutettu käyttämällä galvaanisesti erottavaa DC/DC hakkuria sekä vaihtosuuntaajaa sarjassa. Polttokennon kulumisen estämiseksi tehoelektroniikalta vaaditaan tarkkaa polttokennon lähtövirran hallintaa. Perinteisesti virran hallinta on toteutettu säätämällä hakkurin tulovirtaa PI (Proportional and Integral) tai PID (Proportional, Integral and Derivative) -säätimellä. Hakkurin epälineaarisuudesta johtuen tällainen ratkaisu ei välttämättä toimi kaukana linearisointipisteestä. Lisäksi perinteiset säätimet ovat herkkiä mallinnusvirheille. Tässä diplomityössä on esitetty polttokennon jännitettä nostavan hakkurin tilayhtälökeskiarvoistusmenetelmään perustuva malli, sekä malliin perustuva diskreettiaikainen integroiva liukuvan moodin säätö. Esitetty säätö on luonteeltaan epälineaarinen ja se soveltuu epälineaaristen ja heikosti tunnettujen järjestelmien säätämiseen.

Kaatopaikkakaasun hyväksikäyttö lietteen kuivauksessa

Tällä hetkellä suuri osa esikäsiteltyjen jätevesilietteiden loppusijoitusvaihtoehdoista ei pysty kattamaan lopullisesti kasvavien lietemäärien loppusijoitustarvetta, mikä lisää lietteen loppusijoitusta kaatopaikoille. Kuitenkin EU:n tiukentuneen jätehuoltolainsäädännön sekä ilmastonlämpenemisen suurien haasteiden vuoksi, kaatopaikoille sijoitettavien jätteiden määrää täytyy pyrkiä vähentämään. Tämän työn tavoitteena on tutkia jätevedenpuhdistamoilta tulevan lietteen termistä kuivausta yhtenä lietteenkäsittely vaihtoehtona. Tavoitteena on selvittää voidaanko lietettä kuivaamalla saada liete paremmin hyödynnetyksi. Työssä tarkasteltiin yleisesti yhdyskuntalietteen termisessä kuivaamisessa nykyisin käytettäviä menetelmiä, sen ympäristövaikutuksia, energian tarvetta ja kustannuksia sekä siitä saatavaa hyötyä lietteen loppusijoittamisessa. Lisäksi arvioitiin kuinka kaatopaikkakaasun hyödyntäminen soveltuisi lietteen kuivauksessa tarvittavan energian tuotantoon. Työssä tehdyn selvityksen mukaan kaatopaikkakaasua voidaan hyödyntää suhteellisen helposti lämmöntuotannossa ilman merkittäviä laitosmuutoksia tai kaasun puhdistusta. Ongelmana pidettiin kaatopaikkakaasun kuljetuksia, joka on suhteellisen vaikeaa ja taloudellisesti kannattamatonta. Kuitenkin noin 10 km välimatkan säteellä kaatopaikasta sen hyödyntäminen olisi mahdollista. Työn laskelmien mukaan Suomessa hukkaan poltetulla kaatopaikkakaasulla voitaisiin kuivata noin 250 tuhatta tonnia lietettä vuosittain.

Galvaanisen erotuksen toteuttaminen tasavirtasähkönjakelun asiakaspäätelaitteessa

Suomessa sähkönjakeluverkon pääasialliset jännitetasot ovat 20 kV ja 400 V. 20 kV jännitetasolla sähkö viedään lähelle kuluttajia ja muunnetaan pienemmäksi lähellä asiakkaita. Haittapuolena on se, että 20 kV avojohtosähkönsiirtoverkko on hyvin vika-altis ja usein yhden haaran vikaantuessa monta muutakin jää ilman sähköä. Lisäksi hintavien ja suurien jakelumuuntajien määrä on suuri. Vaihtoehtona on toteuttaa osa sähkönjakelusta tasajännitteellä, jolloin tehollinen pienjännite olisi 400 V:a suurempi. Tällöin sähköä voitaisiin siirtää pidempiä matkoja ilman, että asiakaskohtaisia tai muutaman asiakkaan kattavia 20 kV siirtolinjoja tarvitsisi käyttää. Tämä edellyttää vaihtosuuntauksen toteuttamista kuluttajan päässä. Tässä työssä esiteltävällä 1 kVA:n tehoisella vaihtosuuntaajalla muodostetaan tasasähköjakeluverkosta saatavasta 750 V tasasähköstä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) verkkojännitettä. Laite on suunniteltu toteuttamaan galvaaninen erotus mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella. Suurtaajuusmuuntajan mitoitus mahdollisimman hyvälle hyötysuhteelle on haastava tehtävä, koska vaatimuksia sille asettavat sekä syöttävä resonanssikonvertteri että syötettävä syklokonvertteri. Mitoituksessa on pyrittävä löytämään mahdollisimman hyvä hyötysuhde kustannusten ja toteutettavuuden suhteen.

Avaliação do desempenho de dois sistemas modulares no tratamento anaeróbio de esgotos em comunidades rurais

Este trabalho apresenta uma alternativa de baixo custo e fácil instalação para o tratamento de esgotos de pequenas comunidades. O experimento foi desenvolvido no Campo Experimental da Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI/UNICAMP). O volume total de esgoto gerado na FEAGRI é de cerca de 20 m³ dia-1, sendo metade desse tratado pelos sistemas modulares. O sistema da linha (A) é constituído por um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), seguido de dois filtros anaeróbios e o outro sistema, linha (B), é constituído por um reator tipo RAC (Reator Anaeróbio Compartimentado), seguido de dois filtros anaeróbios (FA). Os sistemas foram operados de dezembro de 2002 a fevereiro de 2004, totalizando 30 coletas de amostras. Observou-se que, de maneira geral, o desempenho dos sistemas foram similares e com resultados satisfatórios. As eficiências médias de remoção de Sólidos Sedimentáveis, Sólidos Suspensos Totais e DQO, observadas no sistema modular da Linha (A), foram, respectivamente, 99,58%; 94,33% e 67,30%. O sistema modular da Linha (B) apresentou remoção de 99,49%; 93,34% e 70,45% para os mesmos parâmetros. Os sistemas modulares mostraram-se adequados e viáveis para promover o tratamento sanitário do esgoto produzido em pequenas comunidades.

Combustion properties of biomass residues rich in phosphorus

Tillgången på traditionella biobränslen är begränsad och därför behöver man ta fram nya, tidigare outnyttjade biobränslen för att möta de uppställda CO2 emissionsmålen av EU och det ständigt ökande energibehovet. Under de senare åren har intresset riktats mot termisk energiutvinning ur olika restfraktioner och avfall. Vid produktion av fordonsbränsle ur biomassa är den fasta restprodukten ofta den största procesströmmen i produktionsanläggningen. En riktig hantering av restprodukterna skulle göra produktionen mera lönsam och mer ekologiskt hållbar. Ett alternativ är att genom förbränning producera elektricitet och/eller värme eftersom dessa restprodukter anses som CO2-neutrala. Målsättningen med den här avhandlingen var att studera förbränningsegenskaperna hos några fasta restprodukter som uppstår vid framställning av förnybara fordonsbränslen. De fyra undersökta materialen är rapskaka, palmkärnskaka, torkad drank och stabiliserat rötslam. I studien används ett stort urval av undersökningsmetoder, från laboratorieskala till fullskalig förbränning, för att identifiera de huvudsakliga utmaningarna förknippade med förbränning av restprodukterna i pannor med fluidiserad bäddteknik. Med hjälp av detaljerad bränslekarakterisering kunde restprodukterna konstateras vara en värdefull källa för värme- och elproduktion. Den kemiska sammansättningen av restprodukterna varierar stort jämfört med mera traditionellt använda biobränslen. En gemensam faktor för alla de studerade restprodukterna är en hög fosforhalt. På grund av de låga fosforkoncentrationerna i de traditionella biobränslena har grundämnet hittills inte ansetts spela någon större roll i askkemin. Experimenten visade nu att fosfor inte mera kan försummas då man studerar kemin i förbränningsprocesser, då allt flera fosforrika bränslen tränger in på energimarknaden.

Performance of UASB reactors in two stages under different HRT and OLR treating residual waters of swine farming

In this study it was evaluated the effects of hydraulic retention time (HRT) and Organic Loading Rate (OLR) on the performance of UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactors in two stages treating residual waters of swine farming. The system consisted of two UASB reactors in pilot scale, installed in series, with volumes of 908 and 188 L, for the first and second stages (R1 and R2), respectively. The HRT applied in the system of anaerobic treatment in two stages (R1 + R2) was of 19.3, 29.0 and 57.9 h. The OLR applied in the R1 ranged from 5.5 to 40.1 kg CODtotal (m³ d)-1. The average removal efficiencies of chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS) ranged, respectively, from 66.3 to 88.2% and 62.5 to 89.3% in the R1, and from 85.5 to 95.5% and 76.4 to 96.1% in the system (R1 + R2). The volumetric production of methane in the system (R1 + R2) ranged from 0.295 to 0.721 m³CH4 (m³ reactor d)-1. It was found that the OLR applied were not limiting to obtain high efficiencies of CODtotal and TSS removal and methane production. The inclusion of the UASB reactor in the second stage contributed to increase the efficiencies of CODtotal and TSS removal, especially, when the treatment system was submitted to the lowest HRT and the highest OLR.

Nutrient loss in composting of agroindustrial residues

The management of composting may influence the characteristics of the produced compounds. The experiment used three frequencies of plowing, combined with the conditions: with and without coverage of the composting patio, with and without the use of commercial inoculant, resulting in 12 furrows, installed on the Experimental Center of Agricultural Engineering (NEEA), of the STATE UNIVERSITY OF WEST PARANÁ (UNIOESTE), Campus of Cascavel city - state of Paraná (PR), in Brazil. The waste and quantities used in kg were: corn cob (7.5); hatchery residue (5); floater sludge (31); ash (1); wheat cleaning residue (120); wheat pre-cleaning residue (120); corn peel (7.5); solid fraction of wash trucks used to transport chickens (2); solid fraction of pig manure (1) and coal (5), totaling 300kg of natural matter. The aim of this study was to evaluate the influence of plowings, patio coverage and inoculation in losses of N, P, K, Ca, Mg, Na, Cu, Zn, Mn, Fe. The furrows plowed three times a week in the first month showed significant higher losses of N (p<0.05). The coverage of the composting patio influenced significantly the losses of N, K, Mg and Na (p<0.05). The produced compounds had a high agronomic value in relation to macro and micronutrients. It is recommended the use of patio coverage and plowing twice a week in the first month and once a week in the subsequent months for a compound with higher concentrations of nutrients.

Anaerobic-aerobic treatment of swine wastewater in uasb and batch reactors in series

In this work it was evaluated the performance of two systems of swine wastewater treatment consisting of two-stage upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors, with and without post-treatment in sequencing batch reactor (SBR), fed continuously, with aerobic phase. The UASB reactors in the first stage had 908 L in the sets I and II, and in the second stage 350 and 188 L, respectively. In the set II the post-treatment was performed in a SBR of 3,000 L. The hydraulic detention times in the anaerobic treatment systems were 100, 75 and 58 h in the set I; 87, 65 and 51 h in the set II; and 240 and 180 h in the SBR. The volumetric organic load applied in the first stage UASB reactors ranged from 6.9 to 12.6 g total COD (L d)-1 in the set I and 7.5 to 9.8 g total COD (L d)-1 in the set II. The average removal efficiencies of total COD, total phosphorus (Ptotal), and Kjeldahl and organic nitrogen (KN and Norg) in the anaerobic treatment systems were similar and reached maximum values of 97%, 64%, 68%, and 98%. In the SBR, the removal efficiencies of total COD and thermotolerant coliforms were up to 62 and 92% resulting, respectively, in effluent concentrations of 135 mg L-1 and 2x10(4)MPN (100 mL)-1. For Ptotal, total nitrogen (TN) and Norg, the average removal efficiencies in the SBR were up to 58, 25 and 73%, respectively.

COD, TSS, nutrients and coliforms removals in UASB reactors in two stages treating swine wastewater

The performance of two upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors was evaluated in pilot scale (908 and 188 L), installed in series (R1 and R2), fed with swine wastewater with TSS around 5 and 13 g L-1. The UASB reactors were submitted to HDT of 36 and 18 h with VOL of 5.5 to 34.4 g COD (L d)-1 in the R1 and HDT of 7.5 e 3.7 h with VOL from 5.1 to 45.2 g COD (L d)-1 in the R2. The average removal efficiencies of COD ranged from 55 to 85% in the R1 and from 43 to 57% in the R2, resulting in values from 82 to 93% in the UASB reactors in two stage. Methane concentrations in the biogas were 69 to 74% with specific production from 0.05 to 0.27 L CH4 (g removedCOD)-1 in the R1 and of 0.10 to 0.12 L CH4 (g removedCOD)-1 in the R2. The average removal efficiencies were 61 to 75% for totalP, 39 to 69% for KN, 82 to 93% for orgN and 20 to 94% for Fe, Zn, Cu and Mn. The amN concentration were not reduced indicating the need to post-treatment for effluent disposal into water bodies. There were reductions of total coliforms from 99.8123 to 99.9989% and of thermotolerant coliforms from 99.9725 to 99.9999%. The conditions imposed to the UASB reactors in two stage provided high conversions of removedCOD into methane (up to 77%) and reductions of organic an inorganic pollution loads from swine wastewater.

Start-up of anaerobic reactors for slaughterhouse wastewater treatment

This study aimed to evaluate the start-up of a horizontal anaerobic fixed bed reactor (HAFBR) followed by an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) for the slaughterhouse wastewater treatment. HAFBR was filled with bamboo rings and had 1.2 m in length, 0.10 m in diameter and volume of 7.5 L. The UASB had the volume of 15 L. The HAFBR and UASB operated at organic loading rate and hydraulic retention time average of 8.46 and 3.77 kg m-3 d-1 of COD and 0.53 and 0.98 days, respectively. During 150 days of monitoring system it was found pH 6.8, relatively high values of bicarbonate alkalinity (> 1000 mg L-1) and reduced values of volatile acids (70 to 150 mg L-1), which afforded average removal efficiencies of COD total and total suspended solids of the order of 31 and 23% in HAFBR and 79% and 63% in UASB. It can be concluded that the generation and consumption of bicarbonate alkalinity and total volatile acids, thereby maintaining the pH during the study indicated stable operation of the reactors. The COD removal in the reactors was satisfactory especially when it considers that the assessment was conducted in a period of adaptation of organisms to the effluent and also the high organic load applied during this period.

Effect of cycle time and airflow in biological nitrogen removal from poultry slaughterhouse wastewater using sequencing batch reactor

This study aimed to evaluate the influence of airflow (0.25, 0.50 and 0.75 L.L-1.min-1) and cycle time (10.45 h, 14.25 h and 17.35 h) on a sequencing batch reactor (SBR) performance in promoting nitrification and denitrification of poultry slaughterhouse wastewater. The operational stages included feeding, aerobic and anoxic reactions, sedimentation and discharge. SBR was operated in a laboratory scale with a working volume of 4 L, keeping 25% of biomass retained inside the reactor as inoculum for the next batch. In the anoxic stage, C: N ratio was maintained between 5 and 6 by adding cassava starch wastewater. A factorial design (22) with five repetitions was designed at the central point to evaluate the influence of cycle time and airflow on total inorganic nitrogen removal (N-NH4++N-NO2-+N-NO3-) and in the whole process (nitrification and denitrification). The highest total inorganic nitrogen removal (93.3%) was observed for airflow of 0.25 L.L-1.min‑1 and a cycle time of 14.25 h. At the end of the experiment, the sludge inside the reactor was characterized by fluorescent in situ hybridization (FISH), indicating the presence of ammonia and nitrite oxidizing bacteria.

Vólvulo da vesícula biliar tratado por colecistectomia laparoscópica

Our objective is to report a case of gallbladder torsion treated by laparoscopic cholecystectomy. A 87 year old patient presented with intense right upper quadrant pain, anorexia, nausea and vomiting. Murphy's sign was present at physical examination. Hemogram showed 9.200 leukocytes/mm³, with six bands. Ultrassonography showed a distended gallbladder, perivesicular fluid collection, wall edema, and sludge with stones inside. At laparoscopic cholecystectomy, there was a complete gallbladder torsion with areas of necrosis. There was no postoperative complication. Pathologic examination confirmed the diagnosis of acute calculous cholecystitis with areas of necrosis.

Tasasähköverkon modulaarisen vaihtosuuntaajan rakenne- ja kustannusanalyysi

Diplomityössä tarkastellaan tapausta, jossa tasasähköverkon vaihtosuuntaaja toteutetaan kolmella yksivaiheisella suuntaajalla yhden kolmivaiheisen sijaan. Modulaarinen rakenne mahdollistaa sen, että osa vaiheista voitaisiin sammuttaa kun kuormitus on erittäin pientä eikä kuorma ole kolmivaiheista. Galvaaninen erotus oletetaan tehtävän erottavalla DC-DC -konvertterilla, joka mahdollistaa samalla vaihtosuuntaajan DC-syöttöjännitteen muuttamisen. Työssä tutkitaan, mitkä tekijät vaikuttavat DC-syöttöjännitteen valintaan sekä tehdään valinta kyseisen jännitteen arvolle. Valittua jännitetasoa käytetään vaihtosuuntaajan suunnittelemiseen. Vaihtosuuntaajan rakennetta tarkastellaan vaihtosuuntaussillan kytkinkomponenttien sekä lähtöjännitteen suotimen osalta. Yksivaiheiselle moduulille määritetään optimaalinen teholuokka investointi- ja käyttökustannusten kannalta. Tarkastelu pitää sisällään erilaisten transistoritekniikkojen, kytkentätaajuuksien sekä kahden suodintyypin vaikutuksen kustannustehokkuuteen.

Tasasähkönjakeluverkon asiakaspäätelaitteen galvaanisen erotuksen toteuttaminen

Tässä työssä tutkitaan LLC resonanssipiirin soveltuvuutta galvaanisen erotuksen toteuttamiseen tasasähkönjakeluverkon asiakaspäätelaitteessa. Tarkastellaan resonanssipiirin ominaisuuksia ja aikaisempia käyttökohteita. Tutkitaan piirin soveltuvuutta vaihtosähkö sovellukseen ja esitellään piirin toimintaa, häviöitä ja ohjausta. Esitellään pulssin leveys moduloitu (PWM) ja pulssin tiheys moduloitu (PDM) invertteri sovellukset ja näiden toimintaa. Esitetään vielä parannusehdotuksia ja kytkentäkuvio kytkennän ominaisuuksien ja hyö-tysuhteen parantamiseksi. Tutkimuksessa selvisi, että suora PDM topologia ei sovellu tähän käyttötarkoitukseen suuren suodin induktanssin vuoksi. PWM invertteri topologia jännitteen tasasuuntauksella taas sopii sovellukseen ja tällä rakenteella on mahdollista tehdä galvaaninen erotus hyvinkin hyvällä hyötysuhteella. Pehmeän kytkennän aiheuttamien häviöiden tarkka määrittely simulointimallista on parhaimmillaankin vain suuntaa-antava, mutta tulokset olivat mielestäni oikein positiivisia. LLC resonanssipiirin toimintaa tutkittiin vain resonanssitaajuudella kytkettäessä, jolloin sen jännitevahvistusominaisuuksien hyödyntäminen jää tarkastelun ulko-puolelle.

Tasasähkönjakeluverkon vaihtosuuntaajan pulssintiheysmoduloidun pääteasteen ja prototyypin toteutus

Työssä esiteltävä laite on osa DC-AC hakkuria, jolla muodostetaan 750 V tasajännitteestä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) galvaanisesti erotettua verkkojännitettä. Tasajännite muunnetaan resonanssikonvertterilla korkeataajuiseksi vaihtojännitteeksi, joka johdetaan erotusmuuntajaan. Galvaanisen erotuksen jälkeen korkeataajuisesta vaihtojännitteestä muodostetaan suoraan verkkotaajuista vaihtojännitettä työssä esiteltävällä syklokonvertterilla. Suunnittelussa on pyritty minimoimaan häviöt mahdollisimman tarkkaan, jotta laite olisi kilpailukykyinen ei-galvaanisesti erottavien konverttereiden kanssa. Tämä on toteutettu käyttämällä mahdollisimman vähän komponentteja virran kulkureitillä sekä soveltamalla pehmeää kytkentää kaikissa tilanteissa. Lopuksi esitellään prototyyppi, jonka tarkoitus oli selvittää laitteen toiminta ja ongelmakohdat käytännössä.