Maidon ja heran mikrosuodatus

Työssä selvitettiin uudenaikaisten polymeerikalvojen soveltuvuutta maidon sekä heran mikrosuodatukseen. Kirjallisessa osassa perehdyttiin maidon ja heran koostumuksiin, mikrobikantoihin sekä erilaisiin maidon sekä heran rasvanpoisto- ja puhdistusmenetelmiin. Tämän lisäksi käsiteltiin mikrosuodatusmenetelmiä sekä niiden käyttöä heran ja maidon käsittelyssä meijeriteollisuudessa. Kokeellisessa osassa verrattiin kahdella eri suodatuslaitteistolla keraami- ja polymeerikalvojen suodatusominaisuuksia separoidun raakamaidon sekä heran poikkivirtausmikrosuodatuksessa. Tavoitteena oli erottaa suodatettavista liuoksista mikrobit sekä jäännösrasva ja tuottaa puhdasta, proteiinipitoista maitoa / heraa. Koeajoissa otetuista näytteistä analysoitiin ainesosakoostumus sekä mikrobipitoisuudet. Tuloksista määritettiin retentioarvot ja näiden perusteella vertailtiin polymeeri- ja keraamikalvojen erotustehokkuutta. Lisäksi kalvojen toimivuutta arvioitiin vuoarvojen avulla. Raakamaidon suodatuksissa polymeerikalvot pidättivät täydellisesti tai lähes täydellisesti jäännösrasvan ja mikrobit, mutta myös kaseiiniproteiinin. Tästä syystä yksikään polymeerikalvoista ei sovellu puhtaan maidon suodatukseen. Keraamikalvot soveltuvat tähän selkeästi paremmin ja yksikään toinen testatuista kalvoista ei päässyt samalle tasolle meijeriteollisuudessa jo käytössä olevan Membralox 1,4 μm -keraamikalvon kanssa. Heran suodatuksissa polymeerikalvot pidättivät täydellisesti tai lähes täydellisesti rasvan ja mikrobit, mutta keraamikalvo päästi huomattavasti enemmän haluttuja proteiineja permeaattiin. Membralox 0,8 μm -keraamikalvo pidätti täydellisesti mikrobit, mutta päästi jonkin verran jäännösrasvaa permeaattiin. Näin ollen kalvovalinta on kompromissi permeaatin puhtauden ja proteiinin saannon välillä. Keraamikalvojen vuohäviöt olivat merkittävästi pienemmät kuin polymeerikalvoilla molempien syöttöliuosten kanssa. Lisäksi keraamikalvojen puhdistus oli huomattavasti nopeampaa ja helpompaa. Tästä syystä keraamiset kalvot soveltuvat polymeerisiä paremmin maidon ja heran mikrosuodatukseen.

Methodology for wind turbine blade geometry optimization

Nowadays, the upwind three bladed horizontal axis wind turbine is the leading player on the market. It has been found to be the best industrial compromise in the range of different turbine constructions. The current wind industry innovation is conducted in the development of individual turbine components. The blade constitutes 20-25% of the overall turbine budget. Its optimal operation in particular local economic and wind conditions is worth investigating. The blade geometry, namely the chord, twist and airfoil type distributions along the span, responds to the output measures of the blade performance. Therefore, the optimal wind blade geometry can improve the overall turbine performance. The objectives of the dissertation are focused on the development of a methodology and specific tool for the investigation of possible existing wind blade geometry adjustments. The novelty of the methodology presented in the thesis is the multiobjective perspective on wind blade geometry optimization, particularly taking simultaneously into account the local wind conditions and the issue of aerodynamic noise emissions. The presented optimization objective approach has not been investigated previously for the implementation in wind blade design. The possibilities to use different theories for the analysis and search procedures are investigated and sufficient arguments derived for the usage of proposed theories. The tool is used for the test optimization of a particular wind turbine blade. The sensitivity analysis shows the dependence of the outputs on the provided inputs, as well as its relative and absolute divergences and instabilities. The pros and cons of the proposed technique are seen from the practical implementation, which is documented in the results, analysis and conclusion sections.

Lujasta teräksestä valmistetun palkin poikkileikkauksen optimointi

Parin viime vuosikymmenen aikana on kehitetty huomattavasti entistä lujempia teräslaatuja, joiden käyttö ei kuitenkaan ole yleistynyt läheskään samaan tahtiin. Korkeamman hinnan lisäksi yksi merkittävä syy tähän on, että suunnittelijoilla ei usein ole riittäviä tietoja siitä, millaisissa tilanteissa lujemman teräslaadun käytöstä on merkittävää hyötyä. Tilannetta ei myöskään helpota se, että käytössä olevat standardit eivät tarjoa lainkaan ohjeistusta kaikkein lujimpien, myötörajaltaan yli 700MPa terästen käyttöön ja mitoitukseen. Tässä työssä pyritään tarjoamaan suunnittelijalle ohjeita ja nyrkkisääntöjä sopivan lujuusluokan ja profiilin valintaan sekä yleisesti lujempien teräslaatujen käyttöön. Lujemman teräslaadun käytöllä voidaan keventää suunniteltavaa rakennetta ja saada aikaan huomattavia painonsäästöjä. Usein ongelmaksi nousevat kuitenkin stabiiliuskriteerit, sillä teräksen lommahduskestävyys määräytyy suuresti sen lujuusluokasta siten, että mitä lujempaa teräs on, sitä helpommin se lommahtaa. Kun tämä yhdistetään siihen, että lujempaa terästä käytettäessä rakenteesta tulee optimoituna muutenkin pienempi ja kevyempi, kasvaa näiden kahden asian yhteisvaikutuksena kantokyvyn mukaan mitoitetun rakenteen taipuma korkeampiin lujuusluokkiin edetessä hyvin nopeasti sallittujen rajojen yli. Työssä etsitään siksi keinoja sopivan kompromissin löytämiseksi lujuuden ja jäykkyyden välille. Koska muotoilulla ja poikkileikkauksella on suuri merkitys sekä taipuman että stabiliteetin kannalta, tutkitaan erilaisia poikkileikkausvaihtoehtoja ja etsitään optimaalista poikkileikkausta taivutuspalkille matemaattisen optimointimallin avulla. Kun eri poikkileikkausvaihtoehdot on käsitelty ja optimoitu taivutuksen suhteen, tutkitaan poikkileikkauksia myös muissa kuormitustapauksissa. Huomattavan raskaan laskentatyön takia apuna käytetään Matlab-ohjelmistoa itse optimointiin ja Femap-ohjelmaa muiden kuormitustapausten tutkimiseen ja tulosten verifioitiin.

Kestomagnetoidun roottorin mekaniikkasuunnittelu ja -analysointi

Työssä kehitettiin suurnopeuskäyttöön soveltuva kestomagnetoitu roottori olemassa olevan induktiokoneen staattorirunkoon. Kehitystyön tarkoituksena oli selvittää roottorin mekaaniset raja-arvot, kuten maksimi kehänopeus. Samalla otettiin kantaa myös tarvittaviin analysointi- ja mitoitusmenetelmiin. Maksimi kehänopeuden, laakeroinnin ja roottorin skaalattavuuden selvittäminen edellytti myös tarkkaa materiaaliselvitystä ja optimointia. Tästä syystä työn aikana tehtiin tiivistä yhteistyötä materiaalitoimittajien kanssa. Työn tuloksena syntyi uusi menetelmä toteuttaa radiaalisen magneettivuon luova kestomagneettiroottori 200 m/s kehänopeudelle. Suunniteltua roottoriratkaisua käytetään testausroottorina, jolla selvitetään valmistuksen, kokoonpanon ja sähkötehon rajoitteet käytännössä. Suunnittelutyö edellyttikin jatkuvaa iterointia sähkösuunnittelun ja roottorin osien valmistajien kanssa, jotta löydettiin paras kompromissiratkaisu roottorin prototyyppiin. Tämän seurauksena saatiin luotua varsin tarkat suunnittelu- ja analysointiraja-arvot kestomagneettiroottorin tuotteistettavia versioita varten.

Suomen mahdollisuudet vaikuttaa Euroopan unionin lainsäädäntömenettelyyn

Väitöstutkimuksen kohteena on säädösten valmistelu ja niitä koskevaa päätöksenteko Euroopan unionissa erityisesti siitä näkökulmasta, miten Suomen kaltainen pieni jäsenvaltio voi vaikuttaa EU-säädöksiin. Väitöskirjassa analysoidaan unionin toimielinten välillä vallitsevaa dynamiikkaa ja Suomen asemaa erityisesti EUT-sopimuksen 289 artiklan 1 kohdan ja 294 artiklan mukaisessa tavallisessa lainsäätämisjärjestyksessä. Lissabonin sopimuksen voimaantulon jälkeen tavallinen lainsäätämisjärjestys, joka aiemmin tunnettiin yhteispäätösmenettelynä, on selvästi yleisin lainsäädäntömenettely unionissa. Väitöskirja koostuu kuudesta erillisjulkaistusta pääosin vertaisarvioidusta artikkelista ja niitä täydentävästä ja kokoavasta yhteenveto-osasta. Kirjan tämä painos sisältää vain yhteenvetoluvun, ei erikseen julkaistuja artikkeleita. Väitöskirjassa hyödynnetään eurooppaoikeuden ja politiikan tutkimuksen kirjallisuutta. Metodologisesti väitöstutkimus edustaa empiiristä oikeustutkimusta, jossa yhdistyy lainopillinen analyysi ja empiiristen, tässä tapauksessa lähinnä laadullisten aineistojen analyysi. Yhteenvedossa on seurattu lainsäädäntömuutoksia ja oikeuskäytäntöä 10. huhtikuuta 2015 asti. Väitöskirjatutkimuksen kantavana teemana on oikeuden ja politiikan suhde EUlainsäätämisessä. Artikkeleita ja yhteenvetoa sitovat yhteen kaksi yleisen tason argumenttia. Ensiksi, EU:n lainsäädäntömenettelyä koskevat oikeussäännöt ja institutionalisoituneet käytännöt luovat kehikon toimielinten sisäiselle päätöksenteolle sekä niiden välisille poliittisluonteisille neuvotteluille, vaikkakaan sääntöihin ja käytäntöihin ei yleensä ole tarvetta nimenomaisesti vedota menettelyn kuluessa. Toiseksi, koska Suomen kaltaisen pienen jäsenvaltion muodollinen valta – siis äänimäärä neuvostossa – on hyvin rajallinen, suomalaisten ministerien ja virkamiesten tulisi hyödyntää erilaisia epävirallisia vaikuttamiskanavia, jos halutaan vahvistaa Suomen tosiasiallista vaikutusvaltaa menettelyssä. Unionin lainsäädäntötoiminta ei tyypillisesti ole rationaalisen mallin mukaan etenevää päätöksentekoa, vaan tempoilevaa ja vaikeasti ennakoitavaa kamppailua eri preferenssejä edustavien toimijoiden välillä. Väitöskirjan ensimmäisessä artikkelissa analysoidaan säädösvalmistelua ja lainsäätämismenettelyä unionissa vaihe vaiheelta. Johtopäätöksenä todetaan, että unioniin on syntynyt yhteispäätösmenettelyn, sittemmin tavallisen lainsäätämisjärjestyksen myötä uudenlainen lainsäätämiskulttuuri, jolle on leimallista tiiviit yhteydet komission, Euroopan parlamentin ja neuvoston välillä. Toimielimet ottavat nykyisin joustavasti huomioon toistensa kantoja menettelyn edetessä, mikä mahdollistaa sen, että valtaosa EU-säädöksistä voidaan hyväksyä jo ensimmäisessä käsittelyssä. Toisessa tutkimusartikkelissa analysoidaan komission asemaa unionin toimielinrakenteessa. Artikkelissa tarkastellaan komission aloiteoikeutta sekä komission puheenjohtajan ja sen jäsenten valintamenettelyjä siitä näkökulmasta, edistääkö komissio todella unionin yleistä etua itsenäisenä ja riippumattomana, kuten EU-sopimuksen 17 artiklassa edellytetään. Tiettyjen järjestelyjen myötä Euroopan parlamentin ja komission suhde on kehittynyt siihen suuntaan, että komissio toimii jossain määrin parlamentille vastuunalaisena hallituksena. Artikkelissa kritisoidaan, että kehitys ei välttämättä lähennä kansalaisia unionin toimielimiin ja että kehitys omiaan vaarantamaan komission aseman verrattain riippumattomana välittäjänä trilogeissa. Kolmas artikkeli sisältää tapaustutkimuksen kuluttajille myönnettäviä luottoja sääntelevän direktiivin (2008/48/EY) valmisteluvaiheista. Tapaustutkimus konkretisoi Suomen hallituksen edustajien tekemän EU-vaikuttamisen keinoja, vahvuuksia ja kehittämiskohteita. Artikkelissa todetaan, että Suomelle aivan keskeinen vaikuttamisresurssi ovat sellaiset virkamiehet, jotka hallitsevat niin käsiteltävän säädöshankkeen sisältökysymykset kuin unionin päätöksentekomenettelyt ja toimielinten institutionalisoituneet käytännöt. Artikkelissa tehdyt empiiriset havainnot jäsenvaltioiden välillä käydyistä neuvotteluista tukevat konstruktiivisen mallin perusoletuksia. Neljännessä artikkelissa, joka on laadittu yhteistyönä professori Tapio Raunion kanssa, analysoidaan unioniasioiden kansallista valmistelua ja tarkemmin ottaen sitä, miten Suomen neuvottelukannat muotoutuvat valtioneuvoston yhteensovittamisjärjestelmän ylimmällä tasolla EU-ministerivaliokunnassa. Artikkelissa todetaan laajan pöytäkirja-aineiston ja sitä täydentävän haastatteluaineiston pohjalta, että EUministerivaliokunnan asialistan laadinta on delegoitu kokonaisuudessaan asiantuntijavirkamiehille. Lisäksi asialistan muotoutumiseen vaikuttaa luonnollisesti unionin toimielinten, erityisesti Eurooppa-neuvoston agenda. Toisaalta, EU-ministerivaliokunnan kokouksissa ministerit yksin tekevät päätöksiä ja linjaavat Suomen EU-politiikkaa. Viidennessä artikkelissa selvitetään, miten olisi toimittava, jos pyritään siihen, että uusi tai muutettu EU-säädös vastaisi mahdollisimman pitkälti Suomen kansallisesti määriteltyä neuvottelukantaa. Tehokkainta on vaikuttaa aloiteoikeutta lainsäädäntömenettelyssä käyttävään komissioon, tarvittaessa myös virkahierarkian ylimmillä tasoilla, sekä tehdä yhteistyötä muiden jäsenvaltioiden kanssa, erityisesti puheenjohtajavaltion, tulevien puheenjohtajavaltioiden ja suurten jäsenvaltioiden kanssa. Mikäli käsittelyssä oleva EU-säädöshanke arvioidaan kansallisesti erityisen tärkeiksi tai ongelmalliseksi, tulisi vaikuttamistoimia laajentaa kattamaan myös Euroopan parlamentin avainhenkilöitä. Kuudennessa artikkelissa analysoidaan suomalaisen kansalaisyhteiskunnan ja etujärjestöjen vaikutusmahdollisuuksia EU-asioiden valmistelussa. Johtopäätöksenä todetaan, että muodollinen yhteensovittaminen EU-valmistelujaostojen laajan kokoonpanon kokouksissa ei ole sidosryhmille ensisijainen eikä tehokkain vaikuttamisen keino. Sen sijaan korostuvat epäviralliset yhteydet toimivaltaisen ministeriön vastuuvirkamieheen kotimaassa ja vaikuttaminen eurooppalaisen kattojärjestön välityksellä. Väitöskirjan yhteenveto-osassa on eritelty, missä EU:n säädösvalmistelun ja lainsäätämismenettelyn vaiheissa Suomen kaltaisella pienellä jäsenvaltiolla on parhaat edellytykset vaikuttaa valmisteltavana olevaan säädökseen. Parhaat vaikutusmahdollisuudet ovat aivan EU-säädöksen elinkaaren alkuvaiheessa, kun komissio on vasta käynnistämässä uutta säädösvalmistelua. Väitöstutkimuksessa todetaan, että varhaista kannanmuodostusta ja sen mahdollistamaa ennakkovaikuttamista on Suomessa kyetty kehittämään etenkin niissä poliittisesti, taloudellisesti tai oikeudellisesti tärkeissä hankkeissa, joissa hallituksen kannanmuodostus tapahtuu EU-ministerivaliokunnassa. Muissa unionin säädöshankkeissa ennakollisen vaikuttamisen intensiteetti näyttäisi vaihtelevan, riippuen muun muassa toimivaltaisen ministeriön keskijohdon ja ylimmän johdon sitoutumisesta. Toinen Suomelle otollinen vaikuttamisen ajankohta on silloin, kun komission antamaa ehdotusta käsitellään asiantuntijavirkamiesten kesken neuvoston työryhmässä. Tehokas vaikuttaminen edellyttää, että Suomea neuvotteluissa edustavat henkilöt kokoavat ”samanmielisistä” jäsenvaltioista kaksoisenemmistösäännön mukaisen voittavan koalition. Viimeinen vaikuttamisen ikkuna aukeaa silloin, kun Coreper-komiteassa laaditaan neuvoston puheenjohtajalle neuvottelumandaattia toimielinten välisiin trilogeihin tavallisen lainsäätämisjärjestyksen ensimmäisessä käsittelyssä. Tässä varsin myöhäisessä menettelyvaiheessa vaikuttaminen on pienen jäsenvaltion näkökulmasta jo selvästi vaikeampaa. Väitöskirja sijoittuu luontevasti osaksi valtiotieteellistä eurooppalaistumis-kirjallisuutta siltä osin, kuin siinä on tutkittu EU-jäsenyyden vaikutuksia kotimaisiin hallinnon rakenteisiin ja politiikan asialistaan. Kuten tunnettua, Suomen EU-politiikka rakentuu eduskunnalle vastuullisen valtioneuvoston varaan. Väitöskirjassa ei kuitenkaan ole otettu erityiseen tarkasteluun perustuslakiin sidottua eduskunnan ja hallituksen yhteistoimintaa EU-asioissa. Sen sijaan on tutkittu unioniasioiden valmistelua ja yhteensovittamista valtioneuvoston sisällä. Kun EU-asioiden yhteensovittamisjärjestelmää luotiin, pidettiin tärkeänä, että jokaisessa säädöshankkeessa ja politiikkahankkeessa kyetään muodostamaan kansallisesti yksi ja yhtenäinen neuvottelupositio. Yhtenäisen kansallisen linjan ajamisen katsottiin parantavan Suomen asemaa unionin päätöksenteossa. Väitöskirjassa todetaan johtopäätöksenä, että EU-asioiden kansallinen valmistelujärjestelmä toteuttaa sille asetetut tavoitteet käytännössä varsin hyvin. Merkittävin kehittämiskohde liittyy kansallisen EU-valmistelun reaktiivisuuteen. Jos Suomi haluaa vaikuttaa yhä vahvemmin EU-lainsäätämiseen, Suomelle tärkeät hankkeet pitäisi tunnistaa jo varhaisessa vaiheessa ja priorisoida selkeästi niiden hoitamista ministeriöissä.

Ohutlevykotelon valmistettavuuden ja pinnoitettavuuden huomioiminen suunnittelussa

Korkean IP-luokituksen ohutlevykotelointi on haastava kokonaisuus. Koteloinnin tiivistys ruiskutettavalla polyureapinnoitteella edellyttää usean osa-alueen samanaikaista hallintaa. Kotelo on alusta alkaen suunniteltava pinnoitettavaksi, sillä pinnoitus asettaa lukuisia vaatimuksia ja rajoituksia esimerkiksi käytettäville muodoille, rakenteille ja liittämismenetelmille. Polyurea on elastomeeri, josta valmistettua pinnoitetta voidaan levittää erityisellä ruiskutuslaitteistolla. Polyureapinnoite sallii kotelon asentamisen vaikeisiin olosuhteisiin, sillä se kestää kemikaaleja, kulutusta ja iskuja sekä tarjoaa tiiveyden lisäksi korroosiosuojan koteloinnille. Pinnoitteen ominaisuuksia, kuten kovuutta, elastisuutta ja kemikaalien sekä UV-säteilyn kestoa voidaan räätälöidä käyttökohteen mukaan. Polyurepinnoitteeella pinnoitettavat pinnat on pyrittävä pitämään mahdollisimman yksinkertaisina, mikä tarkoittaa käytännössä kaikenlaisten kohoumien, ulkonevien osien, reikien ja muiden epäjatkuvuuskohtien välttämistä. Kaikki epäjatkuvuuskohdat vaativat erityishuomiota pinnoituksen aikana, sillä epäjatkuvuuskohtien onnistunut pinnoitus vaatii ruiskutusta useasta suunnasta, mikä lisää virhemahdollisuuksia ja siten vaarantaa koteloinnin tiiveyden. Liittämismenetelmät ovat yksinkertaisten muotojen ohella avainasemassa pinnoituksen onnistumisen kannalta. Menetelmistä tulee suosia sellaisia, joiden pinnoitettavaan pintaan aiheuttama epäjatkuvuuskohta on mahdollisimman vähäinen. Tällaisia menetelmiä ovat esimerkiksi vastuspistehitsaus ja puristeruuvi.