abstract: A robust, fast and accurate protection system based on pilot protection concept was developed previously and a few alterations in that algorithm were made to make it faster and more reliable and then was applied to smart distribution grids to verify the results for it. The new 10 sample window method was adapted into the pilot protection program and its performance for the test bed system operation was tabulated. Following that the system comparison between the hardware results for the same algorithm and the simulation results were compared. The development of the dual slope percentage differential method, its comparison with the 10 sample average window pilot protection system and the effects of CT saturation on the pilot protection system are also shown in this thesis. The implementation of the 10 sample average window pilot protection system is done to multiple distribution grids like Green Hub v4.3, IEEE 34, LSSS loop and modified LSSS loop. Case studies of these multi-terminal model are presented, and the results are also shown in this thesis. The result obtained shows that the new algorithm for the previously proposed protection system successfully identifies fault on the test bed and the results for both hardware and software simulations match and the response time is approximately less than quarter of a cycle which is fast as compared to the present commercial protection system and satisfies the FREEDM system requirement. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2014

As moagens autógena (AG) e semiautógena (SAG) mostram-se como opções cada vez mais consideradas na seleção de novos circuitos de cominuição. A flexibilidade de operação, assim como a combinação de grandes capacidades de processamento e altas relações de redução obtidas, são algumas das vantagens destes circuitos. Este trabalho procurou descrever o método utilizado na condução de ensaios de moagem semiautógena em escala piloto e de caracterização tecnológica, empregando o minério de ouro da Rio Paracatu Mineração S/A (RPM). A moagem semiautógena foi investigada considerando diferentes condições de operação e às especificidades do minério da RPM. Foram conduzidos 69 ensaios em planta piloto que permitiram o estudo do efeito das variáveis de operação sobre parâmetros de moagem SAG, como taxa de processamento, consumo energético específico, qualidade do produto, entre outros. As informações obtidas na campanha de ensaios em planta piloto e nos trabalhos de caracterização das amostras mostraram-se consistentes e fundamentaram o dimensionamento e projeto do circuito de Expansão da RPM, com capacidade de processamento adicional de 41 Mtpa. / The autogenous (AG) and semi-autogenous (SAG) mills have increasingly been considered options in the selection of new comminution circuits. The flexibility of the operation, as well as the combination of high processing capacity and high reduction rates obtained, are some of the advantages of these circuits. This study sought to describe the method used in conducting semi-autogenous grinding pilot plant and technological characterization, using the gold ore from the Rio Paracatu Mineração S/A (RPM) mine. The semi-autogenous grinding was investigated considering different operating conditions and specific characteristics of the ore from the Rio Paracatu Mineração mine. Were conducted 69 tests in a pilot plant that enabled the study of the effects of the operating variables of the SAG grinding parameters such as processing rates, specific energy consumption, product quality, among others. Information obtained in the test campaign of the pilot plant and the characterization work of the samples were consistent and supported the design and project of the circuit of the expansion of the Rio Paracatu Mineração mine, with additional processing capacity of 41 Mtpy.

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um protótipo para a produção hidrometalúrgica de sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O – melanterita). A matéria prima foi um concentrado de pirita obtido a partir de rejeitos do beneficiamento de carvão mineral. Construiu-se, em escala piloto, uma planta de lixiviação com 300 kg de um concentrado com 73,2% de pirita. Nesta unidade, realizou-se uma etapa de lixiviação com água, em circuito fechado, sob condições aeróbias, com o intuito de se obter um extrato aquoso rico em íons férrico e sulfato. A seguir, procederam-se mudanças no sistema de forma a estabelecer uma condição anaeróbia ao meio, transformando os íons férricos em ferrosos. O lixiviado, rico em Fe2+, foi precipitado na forma de sulfato ferroso heptahidratado pela adição de etanol. Esse precipitado foi submetido a uma etapa de recristalização, obtendo-se cristais de melanterita de maior pureza. Ambos os produtos foram caracterizado por análise química elementar e difração de raios X. Os cristais de melanterita recristalizados apresentaram alta pureza, com qualidade para uso químico e farmacêutico. Assim, desenvolveu-se uma nova rota para produção de sulfato ferroso tendo como matéria-prima um concentrado de pirita da mineração de carvão (usualmente o sulfato ferroso é produzido como coproduto da produção de ilmenita e aço). A tecnologia apresenta uma elevada conversão do ferro lixiviado em melanterita e os insumos necessários são pirita, água e álcool etílico. A proposta abre uma nova possibilidade de uso dos rejeitos de carvão e a possibilidade de comercialização de outro produto na cadeia produtiva de carvão mineral. / The aim of this work was to develop a prototype for hydrometallurgical production of ferrous sulfate heptahydrate crystals (FeSO4.7H2O – melanterite). The raw material was a pyrite concentrate obtained from a coal tailing. The leaching system was assembled in pilot scale with 300 kg of a concentrate with 73.2% pyrite. Initially, it was carried out a leaching step in aerobic conditions with the purpose to obtain an aqueous solution rich in ferric ions and sulfate. Next, modifications were proceeded to establish an anaerobic condition in the reactor, converting the ferric to ferrous ions. Ethanol was added to the leaching solution to provide the precipitation of the Fe2+ and sulfate as ferrous sulfate heptahydrate. The ferrous sulfate precipitate was recrystallized, allowing producing melanterite crystals of higher purity. The crystals were characterized in terms of chemical and mineralogical composition. The process allowed producing crystals with a high purity attending chemical and pharmaceutical purposes. Thus, it was developed a process to produce ferrous sulfate from coal wastes (usually, ferrous sulfate crystals are produced as a co product from titanium dioxide and steel production). The technology presents a high conversion factor of soluble Fe2+ to melanterite and the necessary incomes are pyrite, water, and ethylic alcohol. The hydrometallurgical technique applied in this study allowed production of a commercial grade product from coal mining waste material.

O zinco é um dos metais mais utilizados nos processos de tratamento de superfícies. Os efluentes contaminados com zinco, gerados nestes processos, trazem preocupação devido ao grande volume, elevada toxicidade, acumulação e persistência. O presente estudo avaliou a remoção de íons zinco de soluções aquosas, por adsorção em carvão ativado comercial, através de experimentos em batelada e em escala piloto. Ensaios em batelada objetivaram estudar a influência dos parâmetros de processo pH, tempo de contato e concentração de sólido adsorvente na remoção de íons Zn2+ a partir de uma solução com concentração inicial de 10 mg.L-1. A partir das melhores condições encontradas, a isoterma de equilíbrio do sistema foi construída e o ajuste dos dados experimentais aos modelos não lineares de Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson e Sips foi verificado. Ensaios em planta piloto foram realizados a fim de identificar a curva de ruptura do sistema. No processo de adsorção contínuo em leito fixo, foram avaliadas diferentes condições operacionais, variando-se a vazão de alimentação (15 e 20 mL.min-1) e a massa de adsorvente utilizada como recheio do leito (10, 13, 20 e 40 g). Os resultados apontaram como parâmetros ótimos de adsorção: pH igual a 6, tempo de contato de 30 min e concentração de sólido adsorvente de 20 g.L-1. O modelo de Sips apresentou o melhor ajuste dentre os modelos matemáticos estudados. O experimento realizado em planta piloto utilizando-se uma vazão de 15 mL.min-1 e massa de sólido sorvente de 40 g, obteve os melhores resultados dentre as condições analisadas, apresentando tempo de ruptura e exaustão do leito aos 5 e 90 min, respectivamente. / Zinc is one of the most used metals in surface treatment processes. The effluents contaminated with zinc, generated in these processes, bring concern due to the large volumes, high toxicity, persistence and accumulation. This study evaluated the removal of zinc ions from aqueous solutions, through adsorption by commercial activated carbon, using continuous (pilot plant) and bench scale. The batch experiments studied the influence of pH, contact time and adsorbent concentration in the removal of Zn 2+ ions from a solution with initial concentration of 10 mg.L-1. After achieving the best process parameters, the system’s equilibrium isotherm was constructed, and the fit of experimental data to the nonlinear Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson and Sips models was verified. Pilot plant tests were carried out in order to identify the system’s breakthrough curve. In the continuous fixed bed adsorption process, different operating conditions were evaluated by varying the feed flow (15 and 20 mL.min-1) and the mass of adsorbent material used as filling (10, 13, 20 and 40 g). The results showed as the optimum parameters for adsorption: pH 6, contact time of 30 min and adsorbent concentration of 20 g.L-1. The Sips model presented the best fit among the mathematical models studied. The experiment conducted in a pilot plant, using a flow rate of 15 mL.min-1 and solid adsorbent mass of 40 g, had the best results among the examined conditions, with breakthrough and exhaust times of 5 and 90 min, respectively.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:24:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00034.pdf: 1919974 bytes, checksum: ed7e98a843b601b5ae6e2b59da8aa6bc (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Na década de 70 operou-se no IPEN/CNEN-SP uma instalação piloto para estudos do processamento de diferentes concentrados de tório obtidos do tratamento químico da monazita com intuito da obtenção de compostos de tório de pureza nuclear. Esta instalação passou a operar em escala industrial em 1985, gerando em torno de 25 toneladas de resíduo até meados de 2002, quando encerrou suas atividades. Este resíduo contendo tório e terras raras foi denominado Retoter (Resíduo de Tório e Terras Raras) e armazenado no galpão de Salvaguardas do IPEN. O presente trabalho estuda o tratamento deste resíduo, visando questões ambientais, radiológicas e tecnológicas. Estudaram-se dois processos cromatográficos para a separação do tório das terras raras. Um deles, a cromatografia de extração, onde o agente extrator fosfato de tri-n-butila foi suportado em resinas poliméricas Amberlite XAD16. O outro processo, estudado para fins comparativos, já que o material utilizado na cromatografia de extração é inédito no que diz respeito à separação do tório, foi a cromatografia de troca iônica utilizando resinas catiônicas fortes DOWEX 1-X8. Estudou-se, também, o processo cromatográfico de extração com o agente extrator DEHPA suportado em Amberlite XAD16 para o fracionamento, em grupos, dos elementos das terras raras. O tório foi separado com elevado grau de pureza para fins estratégicos e as terras raras recuperadas, livres de tório, foram testadas como catalisadores na reforma de etanol para a geração de hidrogênio, o qual é utilizado em células a combustível para a geração de energia elétrica. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:42:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezGomez_PabloAndres_M.pdf: 1373046 bytes, checksum: 138e327f31b722a5e684c4040df8aec9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho, simulações da etapa de fermentação para a produção de bioetanol foram realizadas utilizando o simulador Aspen Plus® com objetivo de realizar um estudo do processo fermentativo dentro de um cenário mais realista. A modelagem cinética foi realizada levando em conta os efeitos inibitórios da fermentação mediante a implementação de uma sub-rotina Fortran ao simulador. Além do mais, foram estudados diferentes arranjos operacionais de dornas de fermentação de uma unidade móvel para produção de bioetanol. Uma comparação com a simulação do processo de fermentação, utilizando equações estequiométricas também foi realizada. Os resultados mostram um maior desempenho em termos de rendimento para as simulações onde equações estequiométricas são utilizadas isto atribuído ao fato destas simulações desconsiderarem os efeitos inibitórios dos microrganismos fermentativos, o qual justifica a importância deste trabalho. Análises de sensibilidade com relação ao efeito da temperatura e conteúdo de substrato no mosto foram realizadas com o objetivo de avaliar o desempenho do modelo cinético. Comparações de diferentes arranjos operacionais de uma planta piloto móvel são também apresentadas: Batelada, contínua em serie, contínua em paralelo e BatCon. As simulações do processo batelada e contínuo usando unidades de operação do Aspen Plus (Rbatch e o Rcstr), mostraram que o modelo utilizado respondeu bem as variações de parâmetros, provando ser representativo para determinar as condições de operação de uma planta piloto ou industrial. Os arranjos operacionais simulados da planta da fermentação móvel apresentaram variações nos seus rendimentos, o processo em continuo presentaram os melhores rendimentos em comparação como os processos em batelada. O maior rendimento foi apresentado pelo processo contínuo em serie (98,96%), sendo o menor rendimento para o processo Batelada (93,39%) / Abstract: In this work, simulations of step fermentation for the bioethanol production were performed using the Aspen Plus simulator in order to making a study of the fermentation process in a more realistic scenario. The kinetic modeling was performed taking into account the inhibitory effects of fermentation with the implementation of a Fortran subroutine to the simulator. Furthermore, we studied different operational arrangements of fermentation vessels of a mobile unit for production of bioethanol. A comparison with the simulation of the fermentation process, using stoichiometric equations was also performed. The results show a better performance in terms of yield for the simulations where stoichiometric equations are used, attributed to the fact that these simulations disregard the inhibitory effects of fermentative microorganisms, which justifies the importance of this work. Sensitivity analysis regarding the effect of temperature and substrate content in the must, were performed with the objective to evaluate the performance of the kinetic model. Comparisons of different operational arrangements a mobile pilot plant is also presented: Batch, continuous series, parallel and continuous, and BatCon. The simulations of the process batch and continuous, using units operation Aspen Plus (Rbatch and Rcstr) showed that the model used responded well to the parameter variations, proving to be representative for conditions of operation of a pilot plant or industrial. The operational arrangements of simulated mobile fermentation plant showed variations in their yields, the continuous process presented the best returns as compared to batch processes. The highest yield was presented by the ongoing process in series (98.96%), the lowest yield for batch processes (93.39%) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

This research evaluates two different Biological Nitrogen Removal (BNR) systems for enhanced nitrogen removal in decentralized wastewater treatment. The first study evaluated the performance of Hybrid Adsorption and Biological Treatment Systems (HABiTS) at the pilot scale with and without stage 1 effluent recirculation. HABiTS is a system developed at the bench scale in our laboratory and was designed for enhanced BNR under transient loading conditions. It consists of two stages; an ion exchange (IX) onto clinoptilolite media coupled with biological nitrification in the aerobic nitrification stage 1 and a Tire-Sulfur Adsorption Denitrification (T-SHAD) system in the anoxic denitrification stage 2. The T-SHAD process incorporates NO3- adsorption onto tire chips and Sulfur Oxidizing Denitrification (SOD) using elemental sulfur as the electron donor for NO3- reduction. Previous bench scale studies evaluated HABiTS performance under transient loadings and found significantly higher removal of nitrogen with the incorporation of adsorptive media in stage 1 and 2 compared with controls (80% compared to 73%) under transient loading conditions. In this study, we hypothesize that a HABiTS system with effluent recirculation in nitrification stage 1 may enhance nitrogen removal performance compared to that without recirculation. The following were the expected advantages of Stage 1 effluent recirculation for enhanced nitrogen removal: 1) Pre-denitrification driven by the mixture of nitrified effluent from stage 1 with high concentrations of biochemical oxygen demand (BOD) septic tank effluent. 2) Moisture maintenance in stage 1 for enhanced biofilm growth. 3) Increased mass transfer of substrates to the biofilm in stage 1. 4) Decreased ratio of BOD to Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) in the influent of stage 1. Two side-by-side systems were run with the same media composition and fed by the same septic tank. One had a nitrification stage 1 effluent recirculation component (R-system), which operated at a 7:1 stage 1 effluent recirculation ratio for the first 49 days of the study and at 3:1 beginning on day 50 and one was operated under forward flow only conditions (FF-system). The R system removed a higher percentage of TIN (35.4%) in nitrification stage 1 compared to FF (28.8%) and had an overall TIN removal efficiency of 88.8% compared to 54.6% in FF system. As complete denitrification was observed in stage 2 throughout the study, overall removal was dependent on nitrification efficiency, and R-1 had a significantly higher NH4+ removal (87%) compared to FF-1 (70%). Alkalinity concentrations remained constant from stage 1 to stage 2, indicating that some heterotrophic denitrification was occurring along with SOD, as high amounts of sCOD leached from the tire chips in the beginning of the study, reaching sCOD concentrations of 120-160 mg L-1 then decreasing after day 10 of operation of stage 2. Sulfate concentrations from stage 2 for each side were low until the last 10 days of the study, with an average of 16.43 ± 11.36 mg L-1 SO42--S from R-2 and an average of 16.80 ± 7.98 SO42--S for FF-2 for the duration of the study, however at the end of the study when forward flow rates increased, SO42--S concentrations increased to 32 mg L-1 for R-2 and 40 mg L-1 for FF-2. Similar performance was observed in the FF system as the bench scale reactor tests. The second part of the research focused on the findings from a study of a Particulate Pyrite Autotrophic Denitrification (PPAD) process that uses pyrite as the electron donor and nitrate as the terminal electron acceptor in upflow packed bed bioreactors. The advantages of using pyrite as an electron donor for denitrification include less sulfate production and lower alkalinity requirements compared with SOD. The low alkalinity consumption of the PPAD process led to comparison of PPAD performance with and without oyster shell addition. Two columns were operated side-by-side, one packed with pyrite and sand only (P+S), while another one was packed with pyrite, sand and oyster shell (P+S+OS). Sand was used as a nonreactive biofilm carrier in the columns. My contribution to this research was to carry out Scanning Electron Microscopy-Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (SEM-EDS) analysis to support the hypothesis that oyster shell contributes to nitrogen removal because it has a high capacity for biofilm attachment. SEM analysis showed that oyster shell has a rough surface, supported by its high specific surface area, and that there was more biofilm attached to oyster shell than pyrite or sand in the influent to the column. EDS results showed a decrease in atomic percentages for pyrite sulfur in the effluent of both columns (59.91% ± 0.10% to 53.94% ± 0.37% in P+S+OS column and to 57.61% ± 4.21% in P+S column). This finding indicated that sulfur was oxidized more than iron and/or the accumulation of iron species on the pyrite surface and supports the coupling of NO3- reduction with pyrite oxidation.

With the agricultural mechanization in expansion in the country, a lot of farmers, in order to optimize resources in the property, invest in technologies and agriculture techniques of precision for decreasing the cost of production, turning this activity into something feasible to their businesses. The objective of the present study was to run a comparative analysis between two direction systems, one of them without precision orientation, guided by the operator and the other system using resources of an automatic pilot, in order to limit through field tests the overlapping in the application of chemicals generated during the traffic of the group tractor plus sprayer. The spraying tests were run in a rectangular field of 20 hectares, all the circuit of movement of the group tractor plus sprayer followed the operation process back and forth with maneuvers on the heads of the field with previous alignment in each line of application. To be possible to obtain the medium overlapping of the width of the sprayer bar of 18 meters on both systems of direction, about 192 points average were collected throughout each strip, reaching the value of overlapping to the system without precision orientation of 9.48% and 0.44% for the automatic pilot system. From these data, the number of necessary transversal lines was presented for each of the systems of direction to attend to the experimental area, making it possible to estimate the total expenses and the cost reduction per hectare. Saving 17.61 R$ per hectare, it is possible to say that the investment of R$ 64,145.43 (sixty-four thousand, one hundred and forty-five reais and forty-three cents), referring to the acquisition of the system of automatic pilot, it is feasible for the studied property of 1300 hectares, for a period of amortization of 10 years referring to the life span of equipment involved (tractor and sprayer). / Com a mecanização agrícola em expansão no pais, muitos produtores rurais, afim de otimizar recursos na propriedade, investem em tecnologias e técnicas de agricultura de precisão para uma diminuição do custo de produção, tornando esta atividade economicamente viável para os seus negócios. O objetivo do presente trabalho foi realizar uma análise comparativa, entre dois sistemas de direcionamento, um sem orientação de precisão, guiado pelo operador e o outro sistema utilizando recursos de um piloto automático, afim de delimitar por meio de testes de campo a sobreposição na aplicação de agrotóxico gerado durante o trafego do conjunto trator mais pulverizador. Os testes de pulverização foram realizados em um campo retangular de 20ha, todo circuito de deslocamento do conjunto trator mais pulverizador seguiu o processo de operação vai e vem com manobras nas cabeceiras do talhão com alinhamento prévio antes de cada linha de aplicação. Para que fosse possível obter a sobreposição média da largura da barra do pulverizador de 18m de ambos os sistemas de direcionamento, foram coletados em média 192 pontos de medidas ao longo de cada faixa, chegando ao valor de sobreposição para o sistema sem orientação de precisão de 9,48% e de 0,44% para o sistema de piloto automático. A partir destes dados, foi apresentado o número de linhas transversais necessárias para cada um dos sistemas de direcionamento para atender a área experimental, tendo assim como estimar os gastos totais e a redução de custos por hectare. Com a economia de R$/ha 17,61, é possível afirmar que o investimento de R$ 64.145,43 (Sessenta e quatro mil cento e quarenta e cinco reais com quarenta e três centavos), referente a aquisição do sistema de piloto automático, é viável para a propriedade estudada de 1300 hectares, para um período de amortização de 10 anos referente à vida útil dos equipamentos envolvidos (trator e pulverizador).

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第17542号 / 工博第3701号 / 新制||工||1563(附属図書館) / 30308 / 京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻 / (主査)教授 高岡 昌輝, 教授 田中 宏明, 教授 米田 稔 / 学位規則第4条第1項該当