On the Reversed Brayton Cycle with High Speed Machinery

This work was carried out in the laboratory of Fluid Dynamics, at Lappeenranta University of Technology during the years 1991-1996. The research was a part of larger high speed technology development research. First, there was the idea of making high speed machinery applications with the Brayton cycle. There was a clear need to deepen theknowledge of the cycle itself and to make a new approach in the field of the research. Also, the removal of water from the humid air seemed very interesting. The goal of this work was to study methods of designing high speed machinery to the reversed Brayton cycle, from theoretical principles to practical applications. The reversed Brayton cycle can be employed as an air dryer, a heat pump or a refrigerating machine. In this research the use of humid air as a working fluid has an environmental advantage, as well. A new calculation method for the Braytoncycle is developed. In this method especially the expansion process in the turbine is important because of the condensation of the water vapour in the humid air. This physical phenomena can have significant effects on the level of performance of the application. Also, the influence of calculating the process with actual, achievable process equipment efficiencies is essential for the development of the future machinery. The above theoretical calculations are confirmed with two different laboratory prototypes. The high speed machinery concept allows one to build an application with only one rotating shaft including all the major parts: the high speed motor, the compressor and the turbine wheel. The use of oil free bearings and high rotational speed outlines give several advantages compared to conventional machineries: light weight, compact structure, safe operation andhigher efficiency at a large operational region. There are always problems whentheory is applied to practice. The calibrations of pressure, temperature and humidity probes were made with care but still measurable errors were not negligible. Several different separators were examined and in all cases the content of the separated water was not exact. Due to the compact sizes and structures of the prototypes, the process measurement was slightly difficult. The experimental results agree well with the theoretical calculations. These experiments prove the operation of the process and lay a ground for the further development. The results of this work give very promising possibilities for the design of new, commercially competitive applications that use high speed machinery and the reversed Brayton cycle.

Sellun jälkilajittelun kehittäminen

Työn tavoitteena oli löytää painelajittimen roottorin keskeiset muuttujat ja ajoparametrit, kun pyritään jälkilajittelemaan valkaistua sellumassaa korkeassa sakeudessa, sekä näiden vaikutukset. Tavoitteena oli teknisesti onnistunut lajittelu korkeassa sakeudessa siten, että laitteen puhdistustehokkuus on hyvä, ominaisenergian kulutus on pieni ja kapasiteetti on korkea. Ensin tarkasteltiin kuitenkin teoreettisesti valkaistun sellumassan painelajittelun ongelmakenttää, keskeisten epäpuhtauksien poistoa jälkilajittelussa ja vertailtiin korkea- ja matalasakeuslajittelua. Lisäksi esiteltiin yleisellä tasolla koesuunnittelumenetelmien periaatteita ja menetelmiä sekä analyysiä so. mallinnus. Tätä taustaa vasten haluttiin myös kartoittaa ja esitellä painelajittimen keskeinen muuttujakenttä. Tämän jälkeen selvitettiin kokeellisesti miten ajettavan valkaistun mäntysellumassan sakeus, roottorin kehänopeus ja roottorin rakenteen muutokset vaikuttavat painelajittimen kapasiteettiin, rejektin sakeutumiskertoimeen, ominaisenergian kulutukseen ja puhdistustehokkuuteen. Vaikutusten ja parhaan roottorirakenteen sekä ajosuureiden määritys suoritettiin mallintamalla mittaustulokset lineaarisella regressioanalyysilla. Saatiin tärkeimmät vasteisiin vaikuttavat riippumattomat muuttujat ja niiden matemaattiset esityk-set, malliyhtälöt. Mallinnusta hyväksi käyttäen tarkasteltiin vielä erikseen yhden roottorin ajoa. Tärkeimpinä tuloksina saatiin selville, että puhdistustehokkuus on lähes vakio tietyllä roottorirakenteella riippumatta sakeudesta ja roottorin kehänopeudesta. Edullista puhdistustehokkuuden kannalta on käyttää ensisijaisesti isoa roottorin palaelementin korkeutta ja välystä suhteessa sihtirumpuun. Jälkilajittelu painelajittimella korkeassa sakeudessa kannattaa suorittaa pienellä roottorin kehänopeudella, runko- ja palaelementtivälyksellä suhteessa sihtirumpuun sekä suurella palaelementin korkeudella. Tällöin saavutetaan hyvä kompromissi ominaisenergian kulutuksen ja laitteen ajettavuuden osalta. Iso elementin korkeus ja pieni elementtivälys eivät aja massaa tehokkaasti laitteen alaosaan. Tällöin ei pyöritetä myöskään suurta massamäärää. Pieni elementtivälys mahdollistaa myös massan tehokkaamman leikkauksen, joka parantaa fluidisoitumista. Kitkavoimat ovat luonnollisesti ko. olosuhteissa suuremmat, joten ominais-energian kulutus kasvaa jonkin verran. Ratkaisevinta ominaisenergian kulutuksen kannalta on kuitenkin ajaa laitetta pienellä kehänopeudella.

Vaneritehtaan energianäkökohtien tarkastelu ja seuranta

Diplomityön tavoitteena oli tunnistaa ja analysoida vaneritehtaan energianäkökohdat. Lisäksi tavoitteena oli luoda työkalu, joka mahdollistaisi energianäkökohtien seurannan ja vertailun sekä tehtaan energiankäytön jatkuvan kehittämisen. Teoriaosuudessa käsiteltiin energiatehokkuutta sekä energian käyttöä, hankintaa ja tuotantoa. Lisäksi tarkasteltiin vanerin valmistusprosessia. Tarkoituksena oli luoda pohja vaneritehtaan energiankäytön hahmottamiselle ja sen energianäkökohtien analysoinnille. Energian käytön kartoittaminen tehtiin osaksi hyödyntämällä olemassa olevaa tietokantaa ja osaksi prosessoimalla kerättyjä mittaustuloksia. Kartoituksen perusteella tunnistettiin vaneritehtaan osastokohtaiset energianäkökohdat. Näkökohtien analysoinnilla selvitettiin niiden vaikutusta energiankulutukseen ja tuotannon tehokkuuteen. Tämän pohjalta luotiin seurantatyökalu, johon energianäkökohdat ja niihin vaikuttavat tekijät koottiin osastoittain. Energiatehokkuuteen vaikuttavien tekijöiden merkittävyyttä tarkasteltiin pisteyttämällä toiminnan osa-alueita. Analysoinnin yhteydessä työssä esitettiin myös yksittäisiä toiminnan tehokkuuteen liittyviä kehitysesimerkkejä.

Matalalämpötilaisen hukkalämmön hyödyntäminen kaukolämmön tuotannossa

Työ käsittelee tekniikoita, joilla voidaan hyödyntää matalalämpötilaisia hukkalämpöjä kaukolämmöntuotannossa. Työ esittelee lämpöpumpputekniikkaa, jolla hukkalämmön lähteestä tulevaa lämpöä voidaan lämpötilaltaan nostaa kaukolämpöverkon tarpeita vastaavaksi. Työssä käsitellään lämpöpumppujen kylmäaineita ja niiden soveltuvuutta eri lämpötila-alueisiin. Lisäksi käsitellään hyödyntämisen taloudellisuutta ja ympäristövaikutuksia. Taloudellisuudessa käsitellään investointi- ja käyttökustannukset ja pohditaan niiden pohjalta tuotteiden kaukolämpö- ja kaukokylmähinnoittelua asiakkaille. Työ myös tarkastelee hankkeen kokonaiskannattavuutta Mäntsälän Sähkölle. Kannattavuuslaskelmissa toteutetaan herkkyystarkastelu suurimpien muuttujien osalta. Työ tarkastelee yhdistetyn kylmän- ja lämmöntuotannon soveltuvuutta Mäntsälän keskustan kaukolämpöverkon ja Kapulin kaukolämpöverkon alueelle. Soveltuvuutta tarkastellaan Suomessa ja maailmalla toteutettujen referenssien pohjalta.

Veden desinfiointi UV-LED-valolla

Veden riittämätön puhdistus aiheuttaa riskin veden käyttäjille. Miljoonia kuolemia vuosittain aiheuttavien vesiteitse leviävien sairauksien ehkäisemiseksi vaaditaan tehokkaita juomaveden desinfiointimenetelmiä. Kuivuuden ja väestönkasvun myötä veden tarve on lisääntynyt ja vedenkulutus tulee yhä kasvamaan. Tästä syystä mahdollisuus kierrättää vettä hyödyntäen sitä esimerkiksi kasteluun on saanut yhä enemmän huomiota. Kierrätettävä vesi on kuitenkin käsiteltävä huolellisesti sen sisältämän mikrobiologisen kontaminaatioriskin vuoksi. Ultraviolettisäteily luokitellaan fysikaaliseksi desinfiointimenetelmäksi. Sen tehokkuus perustuu mikro-organismien absorboimaan UV-säteilyyn, jonka aiheuttamien DNA:ssa tai RNA:ssa tapahtuvien muutoksien seurauksena mikro-organismi inaktivoituu ja estyy lisääntymästä. UV-desinfioinnissa on tyypillisesti käytetty elohopeahöyrylamppuja. Vaihtoehtoinen UV-säteilyn lähde ovat LEDit eli valoa emittoivat diodit. Matalapaine-elohopeahöyrylamppujen emittoima säteily on aallonpituudella 254 nm ja keskipaine-elohopeahöyrylamppujen emittoima säteily on laajakaistaista säteilyä. Energiatehokkuuden lisäksi LEDien etuna on, että niillä voidaan tuottaa kapeakaista säteilyä aallonpituudella, joka parhaiten absorboituu DNA:han. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia, onko UVC-alueen aallonpituuksien yhdistelmillä synergistisiä etuja LEDien desinfiointitehokkuuteen, kun desinfioidaan virtaavaa vettä useilla säteilyannoksilla ja indikaattorimikrobina käytetään kolibakteeria. Tavoitteena oli myös tutkia tällä hetkellä saatavissa olevien LEDien desinfiointitehokkuutta energiatehokkuuden näkökulmasta. Yksittäisistä aallonpituuksista desinfiointitehokkuudeltaan parhaimmaksi osoittautui 260 nm, aallonpituuksien yhdistelmistä tehokkain oli 265 nm:n ja 260 nm:n yhdistelmä. Muilla aallonpituuksien yhdistelmillä ei saavutettu odotettua parempaa desinfiointitehokkuutta. Optiselta teholtaan parhaimmat LEDit, 265 nm, 270 nm ja 275 nm olivat kokeiden perusteella myös energiatehokkuuden kannalta tarkasteltuina parhaimmat sekä yksittäin että yhdistelminä. UVC-aallonpituuksia emittoivien LEDien optisen tehokkuuden paraneminen on edellytys LEDien hyödyntämiselle desinfioinnissa.

Efeito da temperatura ambiente e do sistema de criação sobre as exigências de energia metabolizável para mantença de aves reprodutoras pesadas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito de diferentes níveis de energia e de programas de alimentação sobre o desempenho de frangos de corte abatidos tardiamente

O experimento foi realizado com o objetivo de avaliar diferentes níveis de energia metabolizável e de programas de alimentação sobre o desempenho de frangos de corte no período de 42 a 57 dias de idade. Foram utilizados 1.600 pintos machos da linhagem Cobb, em um delineamento inteiramente ao acaso, em esquema fatorial 2 x 4, composto de dois níveis de energia (3.200 e 3.600 kcal EM/kg) e quatro programas de alimentação (recomendações de aminoácidos). As aves foram alimentadas com ração à base de milho e farelo de soja até os 41 dias de idade, quando foram pesadas, homogeneizadas e separadas por tratamento, dando-se início ao fornecimento das rações experimentais. Foram avaliados dados de ganho de peso, consumo de ração e conversão alimentar ao final de cada período experimental, a conversão calórica e o índice de eficiência produtiva para todo o período experimental. O nível de 3.600 kcal EM/kg melhorou o desempenho das aves, mas o fracionamento das exigências de aminoácidos digestíveis em dois períodos piorou os resultados. O desempenho no período de 50 a 57 dias de idade indicou que o abate tardio deve ser antecipado em uma semana, pois, após os 49 dias de idade, ocorre piora na conversão alimentar.

Desempenho de um motor de trator agrícola em bancada dinamométrica com biodiesel de óleo de frango e misturas binárias com óleo diesel

O Brasil, terceiro maior produtor de biodiesel do mundo e terceiro maior produtor mundial de frango, pode incrementar, na sua matriz energética, o uso de óleo oriundo de aves como alternativa aos combustíveis fósseis e à redução da dependência do óleo de soja para esse fim. O país dispõe de mais de 350 milhões de litros de óleo de frango por ano. Considerando a aplicação dos combustíveis alternativos para os motores a diesel, em máquinas agrícolas, o trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho do motor de um trator agrícola de 53kW acoplado pela TDP em bancada dinamométrica, operando com biodiesel metílico de óleo de frango e misturas com óleo diesel, sendo: B5 (testemunha), B20, B40, B60, B80 e B100. Avaliaram-se a potência, o torque, a reserva de torque, o consumo de combustível, o consumo de energia e a eficiência térmica do motor. O ensaio foi instalado com delineamento inteiramente casualizado (DIC) em esquema fatorial com seis tratamentos. Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias ajustadas por equações de regressão. Foram observadas perdas na geração de potência e torque, aumento no consumo de combustível, redução do consumo energético e melhoria na eficiência térmica do motor, de acordo com o aumento da proporção de biodiesel na mistura.

Efeitos da obesidade induzida por dieta sobre a resposta vascular adaptativa ao estresse agudo em ratos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Construção e caracterização de células solares de filmes finos de CdS e CdTe

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sistema de informação para o controle dos recursos energéticos no meio rural

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Efeitos do resveratrol, polifenol da uva, sobre metabolismo basal e hepático, estresse oxidativo e perfil lipídico em ratos submetidos a dieta rica em sacarose e sua associação ao consumo de etanol

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Eficiência energética em ar condicionado e refrigeração através da aplicação da termoacumulação

The use of refrigeration and air conditioning systems is of fundamental importance when it comes to air-conditioning of environments. Also important is the use of electricity for equipments’ operation related to these systems. Due to high cost of charging for this type of energy, factors economy and efficiency occupy key roles among design parameters of a system. One of the ways to get this economy is the use of a technique called thermal storage, or cold storage, which intends to move the required loads during peak time and also their equalizing, so that the energy is transferred from the peak time to non-peak time, thereby reducing the cost of energy consumed. Cold can be stored in the form of ice or ice water. This work aims to perform a technical-economic analysis of a mall located in Vale do Paraíba checking the feasibility of deploying a thermal storage system to achieve an economy in the cost of the energy used by the establishment. Through the parameters measured by the concessionaire of energy we can get the values of energy demand and power consumed, which will serve as basis for calculation for the study. The results obtained allow the development of two alternative proposals to the current configuration, one chosen by the criteria and results presented by technical-economic and energy analysis

Sistema de automação residencial controlado via rede doméstica

The present work develops a residential automation system controlled by PIC microcontroller connected to a domestic network using the TCP/IP protocol. This was motivated by the viability of building an automation system to control basic elements of a house with low cost, which cannot be found nowadays. Initially is presented a brief history of the automation systems and an introduction about PIC microcontrollers. Afterwards is presented an overview of the system to be implemented. Then it is shown a suggested circuit and the sensor and actuator elements as well as the software to manage the system, this was all build and test in the laboratory. In the end are the results obtained from the prototype, like the energy consumption, the cost, efficiency and reliability

Organization model for mobile wireless sensor networks inspired in artificial bee colony

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)