SMB-laitteiston suunnittelu hydrometallurgisiin sovelluksiin

Työn tarkoituksena oli suunnitella, ohjelmoida ja koekäyttää SMB-laitteisto (Simulated Moving Bed) hydrometallurgisiin erotuksiin. Simuloitu liikkuvapeti saadaan aikaan vaihtamalla sisään- ja ulostuloporttien paikkaa nestevirran suuntaan. Tällöin aikaansaadaan kiintoaineen vastavirtaus minkä johdosta erotustehokkuus kasvaa. Komponenttien retentiotaipumuseroista johtuen komponentit liikkuvat eri nopeuksilla kolonnijärjestelmässä. Enemmän pidättäytyvät komponentit liikkuvat nestevirtaa vastaan ja vähemmän pidättäytyvät komponentit nestevirran mukana. Hydrometallurgiassa vastavirtauksen käyttöä ei ole tieteellisissä julkaisuissa käsitelty laajalti ja saatavilla oleva informaatio onkin kaupallisten yritysten tuottamaa. Hydrometallurgiassa vastavirtausta käyttävissä ioninvaihtolaitteistoissa hyödynnetään irrallisia regenerointivyöhykkeitä. Venttiilijärjestelmän osalta päädyttiin ratkaisuun jossa käytetään yhtä kiertoventtiiliä kullekin virralle, minkä lisäksi kolonnien väleillä käytetään solenoidiventtiiliä. Tämä järjestelmä mahdollistaa yleisimpien SMB-menetelmien käytön mukaan lukien irralliset vyöhykkeet. Laitteiston ohjauksesta vastaa LabVIEW 2010:llä ohjelmoitu ohjelmisto, joka sisältää kaikkien tarvittavien laitteiden ohjausrutiinit. Se mahdollistaa venttiilien synkroniset ja epäsynkroniset vaihdot. Laitteiston puhdistusta varten on ohjelmistoon rakennettu oma rutiini venttiilejä varten. Pumppujen osalta ohjelmisto mahdollistaa vakiovirtauksen sekä lineaaristen ja porrasmuotoisten gradienttien käytön. Ongelmatilanteita varten ohjelmisto valvoo pumppujen ja venttiilien toimintaa ja pysäyttää laitteiston tarvittaessa. Koekäytön avulla pystyttiin todentamaan laitteiston toimivuus.

Methods and Models for Accelerating Dynamic Simulation of Fluid Power Circuits

The objective of this dissertation is to improve the dynamic simulation of fluid power circuits. A fluid power circuit is a typical way to implement power transmission in mobile working machines, e.g. cranes, excavators etc. Dynamic simulation is an essential tool in developing controllability and energy-efficient solutions for mobile machines. Efficient dynamic simulation is the basic requirement for the real-time simulation. In the real-time simulation of fluid power circuits there exist numerical problems due to the software and methods used for modelling and integration. A simulation model of a fluid power circuit is typically created using differential and algebraic equations. Efficient numerical methods are required since differential equations must be solved in real time. Unfortunately, simulation software packages offer only a limited selection of numerical solvers. Numerical problems cause noise to the results, which in many cases leads the simulation run to fail. Mathematically the fluid power circuit models are stiff systems of ordinary differential equations. Numerical solution of the stiff systems can be improved by two alternative approaches. The first is to develop numerical solvers suitable for solving stiff systems. The second is to decrease the model stiffness itself by introducing models and algorithms that either decrease the highest eigenvalues or neglect them by introducing steady-state solutions of the stiff parts of the models. The thesis proposes novel methods using the latter approach. The study aims to develop practical methods usable in dynamic simulation of fluid power circuits using explicit fixed-step integration algorithms. In this thesis, twomechanisms whichmake the systemstiff are studied. These are the pressure drop approaching zero in the turbulent orifice model and the volume approaching zero in the equation of pressure build-up. These are the critical areas to which alternative methods for modelling and numerical simulation are proposed. Generally, in hydraulic power transmission systems the orifice flow is clearly in the turbulent area. The flow becomes laminar as the pressure drop over the orifice approaches zero only in rare situations. These are e.g. when a valve is closed, or an actuator is driven against an end stopper, or external force makes actuator to switch its direction during operation. This means that in terms of accuracy, the description of laminar flow is not necessary. But, unfortunately, when a purely turbulent description of the orifice is used, numerical problems occur when the pressure drop comes close to zero since the first derivative of flow with respect to the pressure drop approaches infinity when the pressure drop approaches zero. Furthermore, the second derivative becomes discontinuous, which causes numerical noise and an infinitely small integration step when a variable step integrator is used. A numerically efficient model for the orifice flow is proposed using a cubic spline function to describe the flow in the laminar and transition areas. Parameters for the cubic spline function are selected such that its first derivative is equal to the first derivative of the pure turbulent orifice flow model in the boundary condition. In the dynamic simulation of fluid power circuits, a tradeoff exists between accuracy and calculation speed. This investigation is made for the two-regime flow orifice model. Especially inside of many types of valves, as well as between them, there exist very small volumes. The integration of pressures in small fluid volumes causes numerical problems in fluid power circuit simulation. Particularly in realtime simulation, these numerical problems are a great weakness. The system stiffness approaches infinity as the fluid volume approaches zero. If fixed step explicit algorithms for solving ordinary differential equations (ODE) are used, the system stability would easily be lost when integrating pressures in small volumes. To solve the problem caused by small fluid volumes, a pseudo-dynamic solver is proposed. Instead of integration of the pressure in a small volume, the pressure is solved as a steady-state pressure created in a separate cascade loop by numerical integration. The hydraulic capacitance V/Be of the parts of the circuit whose pressures are solved by the pseudo-dynamic method should be orders of magnitude smaller than that of those partswhose pressures are integrated. The key advantage of this novel method is that the numerical problems caused by the small volumes are completely avoided. Also, the method is freely applicable regardless of the integration routine applied. The superiority of both above-mentioned methods is that they are suited for use together with the semi-empirical modelling method which necessarily does not require any geometrical data of the valves and actuators to be modelled. In this modelling method, most of the needed component information can be taken from the manufacturer’s nominal graphs. This thesis introduces the methods and shows several numerical examples to demonstrate how the proposed methods improve the dynamic simulation of various hydraulic circuits.

Suljetun jäähdytysvesiverkon mallinnus

Työssä selvitettiin Neste Oil Porvoon jalostamon tuotantolinja 2 jäähdytysvesiverkon tilaa. Jäähdytysvesiverkon hydraulinen malli päivitettiin ja verifioitiin painemittauksin. Mallia tarkennettiin säätöventtiilien mallinnuksen sekä virhelähteiden tarkastelun perusteella havaituin muutoksin. Mallin verifioinnissa havaittiin huomattavia eroja mallin ja mitattujen paineiden välillä. Tämä johti mallin tarkempaan tarkasteluun, sekä virhelähteiden ja niiden vaikutusten selvittämiseen. Putkivarusteiden mallinnusmenetelmiä, sekä mallinnusperiaatteita vertailtiin keskenään. Koska jäähdytysveden kokonaiskierto oli riittämätön, tarkasteltiin kolmea vaihtoehtoa riittävän kiertovesimäärän aikaansaamiseksi. Nykyisten kiertovesipumppujen rinnanoperointi, sekä riittävän suureksi skaalatun pumpun käyttö simuloitiin. Kolmantena tapauksena arvioitiin lämmönvaihdinkohtaisen kuristussuunnitelman vaikutus putkiston painehäviöön, sekä putkistolle sopiva kiertovesipumppu. Vaihtoehdoille laskettiin suuntaa-antavat investointi- ja käyttökustannukset. Tarkastelun perusteella riittävän suureksi skaalattu pumppu todettiin kannattavimmaksi pienen hintaeron, sekä luotettavamman jäähdytysvesikierron käyttövarmuuden vuoksi. Työssä onnistuttiin tuottamaan yleispätevää tietoa suljetun jäähdytysvesiverkon hydrauliseen mallinnukseen vaikuttavista tekijöistä, sekä niiden vaikutuksesta mallin tarkkuuteen. Selvityksen perusteella tarkasteltua mallia saatiin tarkemmaksi.

Novel force control methods in a teleoperation system of a hydraulic slider

The objective of the this research project is to develop a novel force control scheme for the teleoperation of a hydraulically driven manipulator, and to implement an ideal transparent mapping between human and machine interaction, and machine and task environment interaction. This master‘s thesis provides a preparatory study for the present research project. The research is limited into a single degree of freedom hydraulic slider with 6-DOF Phantom haptic device. The key contribution of the thesis is to set up the experimental rig including electromechanical haptic device, hydraulic servo and 6-DOF force sensor. The slider is firstly tested as a position servo by using previously developed intelligent switching control algorithm. Subsequently the teleoperated system is set up and the preliminary experiments are carried out. In addition to development of the single DOF experimental set up, methods such as passivity control in teleoperation are reviewed. The thesis also contains review of modeling of the servo slider in particular reference to the servo valve. Markov Chain Monte Carlo method is utilized in developing the robustness of the model in presence of noise.

Energy Efficiency of Pumping Medium Consistency Pulp with Centrifugal Pump

Approximately a quarter of electrical power consumption in pulp and paper industry is used in different pumping systems. Therefore, improving pumping system efficiency is a considerable way to reduce energy consumption in different processes. Pumping of wood pulp in different consistencies is common in pulp and paper industry. Earlier, centrifugal pumps were used to pump pulp only at low consistencies, but development of MC technology has made it possible to pump medium consistency pulp. Pulp is a non-Newtonian fluid, which flow characteristics are significantly different than what of water. In this thesis is examined the energy efficiency of pumping medium consistency pulp with centrifugal pump. The factors effecting the pumping of MC pulp are presented and through case study is examined the energy efficiency of pumping in practice. With data obtained from the case study are evaluated the effects of pump rotational speed and pulp consistency on energy efficiency. Additionally, losses caused by control valve and validity of affinity laws in pulp pumping are evaluated. The results of this study can be used for demonstrating the energy consumption of MC pumping processes and finding ways to improve energy efficiency in these processes.

Lämpöpumppujärjestelmät integroidussa kylmä- ja lämpötehon tuotossa

Tässä työssä tutkittiin lämpöpumppujärjestelmiä, joilla tuotetaan samaan aikaan kylmä- ja lämpötehoa. Höyryn puristus lämpöpumppu on yleisimmin käytetty lämpöpumpputyyppi ja sen pääkomponentit ovat kompressori, lauhdutin, paisuntaventtiili ja höyrystin. Lämpöpumppu tuottaa samaan aikaan kylmätehoa höyrystimellä ja lämpötehoa lauhduttimella. Lämpöpumpun toiminta-arvoihin vaikuttaa valittujen lämpötilatasojen lisäksi voimakkaasti valitun kiertoaineen termodynaamiset ominaisuudet sekä kompressorin painesuhteeseen verrannollinen isentrooppihyötysuhde. Uusissa lämpöpumpuissa käytetään HFC yhdisteitä sekä sekoituksia kiertoaineina, mutta myös luonnolliset aineet, kuten ammoniakki, ovat lupaavia korvikkeita CFC yhdisteille. Sopivia sovelluskohteita kylmä- ja lämpötehon yhteistuotannolle ovat kauppa- ja asuinrakennukset, hotellit, toimistot, elintarviketeollisuus ja -myymälät sekä vierekkäiset jää- ja uimahallit ja hiihtoputket. Kylmä- ja lämpötehon yhteistuotannolla voitaisiin saavuttaa merkittäviä säästöjä ja päästövähennyksiä. Esimerkiksi jäähallien kylmäkoneiden lauhdelämmön hyödyntämisessä olisi Suomessa potentiaalia 6-10 miljoonan euron vuotuisiin säästöihin. Kylmä- ja lämpötehon yhteistuotanto voidaan toteuttaa hyödyntämällä kylmäkoneen lauhdelämpöä toisella lämpöpumpulla. Toinen vaihtoehto on käyttää eri tilojen samanaikaiseen lämmittämiseen ja jäähdyttämiseen HPS lämpöpumppua tai moniyksikköistä lämpöpumppua.

APROS model validation in case of fast transients in a boiling water reactor

This Master´s thesis investigates the performance of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model in case of fast transients. The thesis includes a general description of the Olkiluoto 1 and 2 nuclear power plants and of the most important safety systems. The theoretical background of the APROS code as well as the scope and the content of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model are also described. The event sequences of the anticipated operation transients considered in the thesis are presented in detail as they will form the basis for the analysis of the APROS calculation results. The calculated fast operational transient situations comprise loss-of-load cases and two cases related to a inadvertent closure of one main steam isolation valve. As part of the thesis work, the inaccurate initial data values found in the original 1-D reactor core model were corrected. The input data needed for the creation of a more accurate 3-D core model were defined. The analysis of the APROS calculation results showed that while the main results were in good accordance with the measured plant data, also differences were detected. These differences were found to be caused by deficiencies and uncertainties related to the calculation model. According to the results the reactor core and the feedwater systems cause most of the differences between the calculated and measured values. Based on these findings, it will be possible to develop the APROS model further to make it a reliable and accurate tool for the analysis of the operational transients and possible plant modifications.

Portable flow board for storage of fruits and vegetables in mini-chambers with controlled atmosphere

ABSTRACT A portable flow board system was developed in the present study with the aim to facilitate lab-scale experiments of controlled atmosphere (CA) with fruits and vegetables. This sturdy flow board combines ease fabrication, low cost and gas economy. Its functionality is provided by manifolds and gas mixers. Each gaseous component is supplied by a gas cylinder through a differential valve of adjusted pressure control, generally at 6 kPa, and forced through 13 standardized restrictors coupled to each manifold output. Controlled atmospheres are then formed with one, two or three gases in 13 gas mixers affixed to the flow board base, which are further conducted through flexible tubes to storage mini-chambers that can also be used to study metabolic consumption and production of gaseous components. The restrictors used in the flow gaseous components were manufactured from microhematocrit test-type capillary glass tubes following the hot forming method under continuous air flow. The portable flow board showed to be low cost and simple post-harvest equipment that allows preparing controlled atmospheres in open systems with stable composition and flow, in a manner similar to traditional flow boards with control of gas escape by barostats.

Tricobezoares no estômago, duodeno e íleo

A 21-year-old girl presents with a 15-day history of epigastric pain and vomiting. Ten days later, constipation and abdominal distension followed. The patient reported similar epigastric pain and vomiting for 6 days last year. A painless epigastric 12-by-8-centimeter tumor was observed on abdominal palpation, and rectal examination revealed an extrinsic tumor compressing anterior rectal wall. Upper digestive endoscopy showed a trichobezoar. Upon laparotomy, one gastric and one duodenal trichobezoar were removed through an anterior gastrotomy. Another one was found 40 centimeters proximal to the ileo-cecal valve and removed through a proximal ileotomy. Trichobezoar is an unspecific disease, which diagnosis is made upon suspicion. Early recognition of bezoars is important because morbidity and mortality rise considerably once complications occur. We illustrate this case to emphasize the need for early recognition and surgical management in order to reduce morbimortality.

Proliferative enteropathy (Lawsonia intracellularis) outbreak in rabbits in Brazil

An outbreak of Lawsonia intracellularis infection in rabbits, which occurred in 1988 in Rio de Janeiro state, Brazil, is reported. The disease had an acute course (24-48 hours) with clinical signs characterized by brownish or green diarrhea and dehydration. Occasionally, the animals died one day after the onset of diarrhea, without showing any other clinical signs. At necropsy, the ileum was prominent, firm and had a thickened wall; it was dilated in the caudal direction and had a somewhat reticulated appearance, perceptible through the serosa. The thickened mucous membrane had finely corrugated aspect and a shiny surface. The ileocecal valve and surrounding areas were slightly edematous and irregular. The Peyer's patches were sometimes more evident. There was moderate enlargement of the mesenteric lymph nodes. The histological examination revealed different degrees of hyperplasia of the epithelial cells of intestinal crypts consisting of poorly differentiated, hyperchromatic cells with high mitotic index, arranged in a pseudostratified layer which, in some cases, reached the apical portions of the villi. The inflammatory infiltrate between the hyperplastic epithelial cells was composed of lymphocytes, plasma cells, macrophages, some eosinophils and globular leukocytes. Silver impregnation revealed large numbers of bacteria with morphology of the genus Lawsonia in the apical pole of cryptal enterocytes. These bacteria reacted positively to a Lawsonia intracellularis polyclonal antibody by the avidin-biotin immunohistochemistry method.

Study of the cardiac left atrioventricular valvar complex in water buffaloes (Bubalus bubalis) of the Jafarabadi breed

Atrioventricular valve complex of 30 Jafarabadi water buffaloes, adult males were studied in this research with no heart diseases. The animals were obtained from a slaughterhouse in Brazilian State of Parana. The hearts were opened at the third portion affording access to the valve complex. The complexes had its area, number and type of tendinous cords submitted to analysis. The results showed that the complex is composed by two cusps and four accessory cusps, two or three papillary muscles in which 10-25 tendinous cords fix on the cusps that face the ventricle wall. The total area of the complex was on average 38.56cm², with a minimum of 24.96cm² and a maximum of 55.54cm². Statistically, no relation between the number of cords and the cusps' area where they are inserted or with the number of papillary muscle where they originated from was observed.

Auscultatory and electrocardiographic characteristics of Crioulo horses

In order to determine auscultatory and electrocardiographic characteristics of Crioulo horses, one hundred animals ranging between one and twenty-six years of age (21 stallions, nine geldings, 27 pregnant mares e 43 not pregnant mares) were evaluated. The cardiac auscultation was performed during the clinical examination of the cardiovascular system, evaluating frequency, rate, normal and abnormal heart sounds (heart murmurs). The electrocardiographic examination followed the bipolar base-apex derivative system with animals at rest, by using an ECG-PC TEB equipment. The cardiac frequency, heart rate, morphology, duration, wave and complex amplitudes and interval durations were determined. The results were submitted to ANOVA and Tukey tests with an error probability of 5%. The cardiac auscultation revealed presence of functional systolic and diastolic murmur (10.00%) and systolic murmur compatible with tricuspid regurgitation besides normal heart sounds S1 (100.0%), S2 (100.0%), S3 (19.0%) and S4 (34.0%). The cardiac frequency obtained the average of 43.64 bpm, observing significative differences in relation to sexual and age factors and training level. The sinus rhythm was the most frequent (57.00%), followed by sinus tachycardia (38.00%) and sinus arrhythmia (5.00%), being observed rhythm disturbances in 16% of tracings. The P and T waves were observed more frequently in their forms P bifida positive (95.00%) and biphasic T (91.00%), being variable at tracing. There were also observed Q waves in 12.00% of the tracings. Thus, it was concluded that the auscultatory characteristics of Crioulo horses are according to the described in the literature for the species and the sexual factor, category, age factor and training level can influence some electrocardiographic parameters.

Päämajan ja merivoimien suhde rannikolla suoritettujen operaatioiden suunnittelussa ja toimeenpanossa jatkosodassa

Jatkosodassa merivoimat osallistui merellisten operaatioiden lisäksi tiiviisti myös rannikon sotatoimiin. Tässä tutkimuksessa selvitetään, minkälainen oli päämajan ja merivoimien suhde rannikolla suoritettujen operaatioiden suunnittelussa ja toimeenpanossa. Tutkimuskysymykseen vastaamiseksi perehdytään operaatioiden suunnitteluun toimeenpanoon Hangon rintamalla sekä Kannaksen alueella hyökkäyksessä vuonna 1941 ja suurhyökkäyksen torjunnassa vuonna 1944. Lisäksi selvitetään päämajan ja merivoimien operatiivisen toiminnan henkilöt ja organisaatiot. Tutkimusmenetelmänä on käytetty perinteistä historiantutkimusta. Tärkeimmän osan lähdeaineistoa ovat muodostaneet sotapäiväkirjat sekä operatiiviset arkistot vuosilta 1941 ja 1944. Sekundaarilähteinä on käytetty aiempia aihepiiriä käsitteleviä ja sivuavia tutkimuksia sekä esitelmiä, elämänkertoja ja tietokirjallisuutta. Tärkeimmistä operatiivisista asioista sovittiin Mannerheimin ja Valveen välillä suoraan. Merivoimilla ei ollut päämajassa omaa vakiintunutta edustusta, joka olisi keskittynyt merivoimien operatiivisiin asioihin. Valveen siirtymistä päämajaan oli esitetty useasti ennen jatkosotaa, jotta hän ei jäisi syrjään sotatoimien kokonaisuutta koskevista päätöksistä. Merivoimat oli ensimmäisen sotavuoden aikana yhteydenpidossa ja operatiivisessa toiminnassa päämajan kanssa aloitteellisempi osapuoli. Valve halusi merivoimille aktiivisempaa osallistumista sotatoimiin. Hangon meriyhteydet piti katkaista ja merivoimat liittää Kannaksen hyökkäykseen. Nämä tavoitteet törmäsivät kuitenkin ylipäällikön vastustukseen. Merivoimat ei ollut päämajan johtamassa suunnittelussa tiiviisti mukana. Vuonna 1944 asemasotavaiheen aikana toiminnan muovaamat organisaatiot ja johtosuhteet olivat voimassa ja operatiivisen alan toimijat päämajasta, Merivoimien esikunnasta ja Laivaston esikunnasta osallistuivat suunnitteluun. Merivoimilla oli suurhyökkäyksen alkaessa päämajan hyväksymä toimintasuunnitelma vihollisen mereltä suuntautuvan hyökkäyksen torjumiseksi. Meripuolustusvastuunsa johdosta merivoimat jäi Kannaksella maavoimat ja ilmavoimat käsittäneen operatiivisen johtoportaan ulkopuolelle. Päämajan ja Merivoimien esikunnan välisen etäisyyden takia merivoimien toiminta oli kaksijakoista. Päämaja antoi merivoimille itsenäisiä tehtäviä, mutta yhteistoiminnan koordinointi muiden puolustushaarojen kanssa oli vajavaista. Operaatioiden toimeenpanossa Merivoimien esikunta ohitti usein alajohtoportaita, mikä johtui päämajan käyttämästä lyhytjänteisestä ja kontrolloivasta johtamisesta.